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强流脉冲原子束模拟中子辐照评估方法及损伤机理研究

中子辐照；强流脉冲原子束；强流脉冲离子束；初级离位原子；辐照损伤

依据高能原子辐照与中子辐照的初级离位原子（PKA）能谱相似性原理，采用TEMP-6M型强流脉冲离子束（HIPIB）装置，产生200~250 keV高能脉冲原子束，模拟反应堆1.6~2.1 MeV中子辐照。该技术利用强流脉冲电子栅极系统产生的强流中和电子流，实现100 keV以上高能离子的高效率中性化，获得动能0.1~1 MeV、脉冲宽度120~160 ns、辐照剂量10¹²~10¹⁵ n/cm²原子占比高于90%的强流脉冲原子束。利用辐照热效应造成的缺陷自退火回复作用，实现原位差热检测法，分析靶材冷却过程中热损失及热辐射功率差值变化，确定辐照缺陷的退火回复能，获得缺陷数量、密度及dpa损伤速率等辐照规律。依据高能C原子束辐照纯Fe的PKA相似性定标曲线，改变束流能量密度0.5~4 J/cm²，调节辐照剂量范围1.33~8.55×10¹³ n/cm²，辐照Frenkel缺陷密度达到了4.56×10¹⁵~1.88×10¹⁷ /cm²。结合相结构、微观组织及辐照缺陷的XRD、SEM和TEM检测分析，讨论辐照损伤形成及演化规律，外推预测Fe在核反应堆服役60年1×10²¹ n/cm²中子辐照损伤达到约379 dpa，可为抗中子辐照核结构材料研究提供快速评估方法。