ITER第一壁部件中Be/CuCrZr与SS316LN/CuCrZr连接界面的辐照损伤研究

批准号:
51701014
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
易晓鸥
依托单位:
学科分类:
E0101.金属材料设计、计算与表征
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
钟岩松、雷雨
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中文摘要
ITER第一壁部件中有两种重要的连接界面:扩散焊接的Be/CuCrZr和爆炸焊接的SS316LN/CuCrZr界面。在堆运行中含有这些界面的部件将承受高剂量的辐照损伤、高热负荷和高周热疲劳循环,严重影响其工作寿命。我国是ITER组织的成员,将向ITER反应堆批量供应第一壁部件。在此背景下,本课题拟开展上述连接界面的辐照损伤研究,旨在填补国内外这一领域的空白。通过离子辐照实验、原子尺度的晶格缺陷表征、元素分析和与连接界面相关的残余应力测试,力图揭示:1)异质界面处的辐照缺陷类型、数量与尺寸分布特点;2)界面附近的元素互扩散机制,即:有、无辐照条件下“柯肯达尔效应”的差别;3)连接工艺中引入的位错、孪晶以及残余应力对辐照后界面显微组织的影响。这些工作对聚变堆材料的研发具有重要指导意义,而且对于阐明第一壁部件连接界面的辐照损伤机理和材料中的扩散基础理论也有很高的学术价值。
英文摘要
The first wall components in ITER include two types of important interfaces: diffusion welded Be/CuCrZr and explosion welded SS316LN/CuCrZr. During reactor operation, these welded components are subject to high doses of radiation damage, high thermal loads and high cycles of thermal fatigue, which are detrimental to their service life. China is a member of ITER and is responsible for the supply of first wall components. This project aims to carry out radiation damage research on the joining interfaces in these components. Based on ion irradiation experiments, atomic scale characterization of crystal defects, chemical analyses and residual stress measurements, this project aims to reveal the following: (1) radiation defect types, their number density and size distributions w.r.t. the interface; (2) the diffusion mechanism of elements (the Kirkendall effect) in the presence or absence of radiation; (3) the influence of dislocations, twins and residual stress distribution from joining process upon the interface microstructure after ion irradiation. These works not only provide important guidance for the R&D of fusion reactor materials, but are also highly valuable in the fundamental study of radiation damage & diffusion theory.
ITER第一壁部件包含两种重要连接界面:爆炸焊CuCrZr/316LN界面和扩散焊Be/CuCrZr界面。我国作为ITER组织成员,以采购包形式向在建的ITER反应堆批量供应上述部件。本项目结合堆运行期间部件及界面所承受的辐照损伤和高热负荷服役背景,系统开展了以爆炸焊CuCrZr/316LN界面为主的高能重核离子辐照、裂变中子辐照实验,基于独创的适用于异类金属界面的聚焦离子束制样方法以及先进(原位)透射电子显微分析、微纳米尺度力学测试,揭示了界面微区的结构组成、辐照缺陷类型/数量/尺寸/空间分布,主元素(如Cu、Fe等)随界面位置距离变化的浓度分布规律,定量描述了界面辐照硬化及其与辐照缺陷群体之间的关系;评价了辐照及热时效条件下的界面稳定性,确定服役上限温度为600°C,证实了界面扩散层宽度在辐照驱动下的元素互扩散速率可提高约2个数量级(“柯肯达尔效应”)。. 受限于材料毒性和实验安全管理规范,本项目未能开展涉及Be/CuCrZr的高温离子辐照实验。但本项目开创的异类金属界面制样技术在满足安全许可前提下,即所需的聚焦离子束装置加装Be灰回收系统,则可完全适用于Be/CuCrZr界面微区透射电镜样品的制备。基于CuCrZr/316LN界面的研究成果和文献比较分析,由热等静压扩散连接制备的Be/CuCrZr界面在原始态就体现出较宽元素扩散层(> 10 μm),辐照析出效应将远大于辐照促进的界面互扩散过程,不利于比较有无辐照缺陷累积情况下的“柯肯达尔效应”。. 综上所述,本项目选择ITER供货部件作为实验材料,紧扣核聚变堆部件的实际服役评价需求。所获得的离子辐照与中子辐照结果、所揭示的界面结构与性能演化规律不仅具有较高的金属材料扩散理论学术价值,也为我国未来建造自己的聚变堆工程试验堆积累了非常宝贵的基础数据,可助力反应堆的材料与工程设计、准确预测和评价部件及界面的服役寿命及安全可靠性。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
High-temperature defect recovery in self-ion irradiated W-5 wt% Ta
高温%20缺陷%20恢复%20in%20自离子%20辐照%20W-5%20wt%%20Ta
DOI:10.1016/j.nme.2018.12.014
发表时间:2019
期刊:NUCLEAR MATERIALS AND ENERGY
影响因子:2.6
作者:Yi Xiaoou;Arakawa Kazuto;Du Yufeng;Ferroni Francesco;Han Wentuo;Liu Pingping;Wan Farong
通讯作者:Wan Farong
Defect characterization, mechanical and thermal property evaluation in CVD-W after low-dose neutron irradiation
低剂量中子辐照后 CVD-W 的缺陷表征、机械和热性能评估
DOI:10.1016/j.ijrmhm.2019.105004
发表时间:2019-12
期刊:International Journal of Refractory Metals and Hard Materials
影响因子:3.6
作者:Yi Xiaoou;Zhang Lei;Han Wentuo;Chen Jiao;Liu Pingping;Lv Yanwei;Song Jiupeng;Xue Luwei;Geng Diancheng;Yoshida Kenta;Toyama Takeshi;Zhan Qian;Wan Farong;Ohnuki Somei;Nagai Yasuyoshi
通讯作者:Nagai Yasuyoshi
中子辐照初期缺陷与钨材料力热性能、氘滞留行为的关联研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60万元
- 批准年份:2021
- 负责人:易晓鸥
- 依托单位:
国内基金
海外基金
