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文檔簡介
1、中國散裂中子源(CSNS)是目前我國在建的規(guī)模最大的重大科學研究基礎裝置。CSNS是采用高能加速器加速質子束轟擊重金屬靶發(fā)生散裂反應來產生中子的裝置,其質子束功率和能量分別為500kW和1.6GeV。在高能質子束轟擊重金屬靶的過程中,入射質子和散裂中子與靶相互作用將導致靶產生位移損傷;同時,質子和中子與靶核發(fā)生核反應會產生大量的氫和氦,氫的聚集將會產生氫脆,氦的聚集將會產生氦泡,導致材料的氦脆。上述效應都將嚴重影響靶材料的宏觀.力學特性
2、和使用。壽命。因此,開展靶材料氫氦濃度及離子注入導致的位移損傷等方面的研究,對評估靶材料的安全性和使用壽命具有重要意義。
本論文以CSNS中的鎢靶為研究對象,運用相關的物理模型,開展了以下工作:1)根據(jù)CSNS質子束流的參數(shù)和質子與鎢反應產生氫氦的反應截面,計算得到了鎢中氫氦產生速率;2)基于菲克第二定律和其在穩(wěn)態(tài)脈沖體系中的解,計算得到了鎢靶中氫氦的本底濃度和弛豫時間;3)通過引入裂紋尖端的應力場理論,對氫氦濃度在裂紋尖端的
3、增大進行了計算,從而得到了鎢靶中氫氦的最大濃度。結果顯示:氫本底濃度大約比氦本底濃度3個數(shù)量級;鎢靶中氫濃度達到最大值所需的弛豫時間為10-50天,氦濃度達到最大值所需的弛豫時間為7-13小時;在裂紋尖端,氫氦濃度會出現(xiàn)不同程度的增大。
采用離子注入的方法,對CSNS靶材料鎢、包覆材料鉭和候選材料金進行了模擬輻照實驗研究。利用20MeV的Si+3離子和2MeV的He離子在室溫下對鎢、鉭和金進行雙束離子注入,Si+3離子和He離
4、子注入劑量分別為為6.9345×1015ions cm-2和3.57×1016ions cm-2。然后對未輻照樣品和輻照樣品進行納米壓痕、X射線衍射、掃描電鏡和透射電鏡測試,通過實驗數(shù)據(jù)分析得到以下主要結論:1)相比未輻照樣品,輻照后三種材料的硬度都有明顯的增大,其中鉭的硬度增加最大,金的次之,鎢的最??;2)輻照后三種材料各個晶面對應的X射線衍射峰都有所展寬,分析其原因可能是輻照導致材料中產生了大量的位錯和缺陷;3)輻照導致了鎢的晶粒細
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