强离子辐照引起材料损伤研究立项报告

王宇钢 姚淑德 薛建明 张崇宏 孙友梅

摘 要：该研究重在系统地深入了解在强离子辐照下材料，特别是新一代核能系统中结构和功能材料损伤的微观机理，探索原子尺度上的缺陷行为以及从原子、介观到宏观尺度的离子辐照损伤演化过程及其多尺度计算机模拟；研究环境因素对辐照损伤效应的影响，不同种类粒子辐照效应的特点、差异、相互之间的联系，探索和建立不同载能粒子辐照损伤之间的等价关系；为设计在裂变/聚变堆等极端环境下应用的抗强辐射材料提供参考和依据。主要研究内容包括：（1）强离子辐照损伤水平条件下，材料结构演变新现象以及强辐照损伤引起材料结构和性能演化的机理。探明强离子辐照下的材料缺陷行为以及与晶粒、晶界/界面区域等结构的相互作用，以及这些结构的性质（包括类型、尺寸、结构、稳定性等）对缺陷的吸收能力影响及缺陷吸收的机制。（2）多束离子束辐照条件下，离子辐照损伤及其对材料宏观性能的影响。通过He/重离子双束辐照，研究氦离子辐照与移位损伤尤其是碰撞级联损伤的相互作用，以及氦泡在不同材料中的形成机制，特别是氦泡的形成与高dpa辐照损伤的关系。（3）不同载能离子/粒子辐照损伤的对比研究，环境因素（如掺杂、温度、磁场、电场等）对辐照损伤效应的影响，为第四代裂变反应堆与聚变堆候选结构和功能材料的评价和筛选提供科学数据和依据。（4）探索从原子、介观到到宏观尺度的离子辐照损伤演化过程以及相关物理模型之间的有机联系，实现离子辐照损伤过程的多尺度计算机模拟计算，包括ab initio、MD、KMC等对典型微观/介观结构样品的模拟方法以及各种模拟技术之间的衔接方法。

关键词：强离子 辐照损伤 缺陷 氦泡

The Project Report of Material Damage Induced by High Fluence ion Irradiation

Wang Yugang1 Yao Shude1 Xue Jianming1 Zhang Chonghong2 Sun Youmei2

（1.Peking University； 2.Institute of Modern Physics， Chinese Academy of Science）

Abstract：This propose of this subject is to research the damage mechanism of materials， especially structural and functional materials in advanced nuclear energy system， under heavy ion irradiation. It includes：（1）The structural evolution of materials under heavy ion irradiation and its evolution mechanism， the effects of grain boundary and interface on the suppression of defects and bubbles；（2）The irradiation effects of materials under multi-particles irradiation and the synergy effects of He/ H/ dpa；（3）the comparison of different ion irradiation and the effect of temperature on the evolution of defects；（4）computer simulation of the evolution of radiation defects， including ab initio， MD， KMC， etc.

Key Words：High fluence ion； Irradiation damage； Defect； He bubble

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