【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及核燃料循環及輻照效應研究，特別涉及模擬服役條件下鎂基燃料基體輻照損傷行為研究方法。
技術介紹
1、在美國能源部推出的“降濃計劃”后，umo/al燃料由于具有較高的鈾裝量和良好的服役性能，被認為是當今世界范圍內研究堆用燃料元件的主流發展方向。但是，隨著服役溫度的升高和燃耗的提升，umo/al燃料依然面臨著因輻照腫脹和熱導率降低而導致的枕狀變形和起泡失效等失效風險，嚴重影響反應堆的運行安全。
2、為解決這一問題，研究者們嘗試采用不會與u或mo反應的鎂(mg)基體對al進行替代，從而形成了umo/mg/al燃料，被公認為是最有希望的解決方案。雖然，多項堆外研究結果均表明，umo/mg/al燃料表現出了良好的力學性能和熱學性能，但在承受高劑量快中子輻照損傷之后，umo/mg/al燃料，尤其是作為燃料基體的mg合金，是否依然能保持良好的高溫強度、塑韌性，且不顯著影響其中子經濟性和導熱性能，暫未可知，因此，篩選一種核用耐熱mg合金體系并掌握其服役性能是該領域急需解決首要問題。
3、mg合金燃料基體在服役條件下，主要受到中子輻照和燃料裂變碎片(裂變氣體)反沖的疊加影響而產生輻照損傷，從而影響其熱/力學性能。由于反應堆中子輻照具有成本高、周期長、干擾因素多(中子能譜寬、溫度分布不均勻)等特點，不利于mg合金基體材料的篩選及其輻照損傷行為的研究。
4、離子輻照，由于其產生原子位移等初始過程與中子輻照非常接近，具有能量單一穩定、溫度可控、實驗成本低、周期短、基本無放射性等諸多優點，因此，國際上廣泛采
技術實現思路
1、針對現有技術中存在的問題，本專利技術的目的在于提供一種模擬服役條件下鎂基燃料基體輻照損傷行為的研究方法，主要用于有效、便捷的實現mg合金燃料基體材料在服役條件下的輻照損傷行為研究，同時實現燃料基體用耐熱mg合金體系的快速篩選。
2、為解決上述的技術問題，本專利技術所采用的技術方案如下。
3、一種模擬服役條件下鎂基燃料基體輻照損傷行為的研究方法，采用he+和mg+雙束離子協同輻照模擬服役條件下鎂基燃料基體中產生的輻照損傷，其中，用he氣產生he+離子輻照模擬燃料裂變氣體反沖產生的輻照損傷；用mgo做靶產生自離子(mg+)輻照模擬中子輻照產生的輻照損傷，包括以下步驟：
4、步驟一、srim模擬：采用srim軟件分別計算不同能量mg+和he+在鎂合金中的入射深度，根據離子加速器的能量范圍和聚焦離子束微納加工深度，分別選擇合適的能量用于mg+和he+的協同輻照，確保mg+和he+輻照存在共同可觀測的損傷區域；
5、步驟二、束流調試：制備可以調出一定束流密度mg+的靶材，并對束流的對中性和照射面積進行調試；
6、步驟三、樣品輻照前預處理：主要包括樣品切割、機械磨拋、電解拋光、超聲清洗和金相檢查等；
7、步驟四、雙束離子協同輻照實驗：抽取輻照靶室的真空，根據srim計算結果設置輻照實驗所需的中子注量，并設定輻照所需的溫度，將mg+和he+離子束同時注入樣品；
8、步驟五、輻照損傷樣品制備和表征：參考srim計算的輻照損傷層深度的結果，利用聚焦離子束掃描電鏡(f?ib)對輻照后樣品沿輻照深度方向進行微納加工，制備透射電鏡樣品，用于表征中子輻照和裂變氣體對鎂基燃料基體的輻照損傷行為。
9、基于本專利技術提供的技術方案，作進一步的改進。
10、根據srim計算得到的不同能量mg+離子和he+離子在mg合金中的損傷層深度，以及不同輻照能量下可獲得的最大束流密度，確定所述mg+離子輻照能量為1.5mev，he+離子輻照能量為100kev。
11、上述技術方案的進一步優化，元素的電負性越高越容易結合電子形成負離子，由于mg具有負電子親和力，不易形成亞穩態負離子，因此很難得到較強的mg+離子束流，只有mgo引出的束流到達靶室后能達到10na以上，滿足實驗需求，因此，所述靶材為mgo。
12、進一步的優化以及改進，所述輻照樣品尺寸為1mm×3mm×5mm。
13、優選地，考慮mg+和he+的單獨/協同輻照試樣輻照損傷之間的對比分析，所述he+離子照射面積為10mm×10mm，mg+離子照射面積為10mm×6mm，he+離子和mg+離子協同照射面積為10mm×3mm。
14、進一步的優化以及改進，為保證mg+和he+離子束具有足夠大的協同輻照區域和獨立輻照區域，所述mg+和he+離子束入射角度與樣品法向之間均為22.5°，mg+和he+離子束之間的夾角為45°。
15、優選地，所述輻照溫度為200℃；
16、進一步的優化以及改進，所述f?ib微納加工樣品的有效深度范圍為500nm-1000nm。
17、相對于現有技術，本專利技術所實現的技術效果在于：提供了一種模擬服役條件下鎂基燃料基體輻照損傷行為的研究方法，通過采用he+和mg+雙束離子協同輻照鎂合金試樣，能有效、便捷的實現mg合金燃料基體材料在服役條件下的輻照損傷行為研究，同時實現燃料基體用耐熱mg合金體系的快速篩選。
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1.一種模擬服役條件下鎂基燃料基體輻照損傷行為的研究方法，其包括以下步驟：
2.按照權利要求1的方法，其特征在于，根據SRIM計算得到的不同能量Mg+離子和He+離子在Mg合金中的損傷層深度，以及不同輻照能量下可獲得的最大束流密度，確定所述Mg+離子輻照能量為1.5MeV，He+離子輻照能量為100keV。
3.按照權利要求2的方法，其特征在于，按照權利要求1的方法，其特征在于，樣品輻照前預處理包括樣品切割、機械磨拋、電解拋光、超聲清洗和金相檢查。
4.按照權利要求3的方法，其特征在于，所述靶材為MgO。
5.按照權利要求4的方法，其特征在于，所述輻照樣品尺寸為1mm×3mm×5mm。
6.按照權利要求1的方法，其特征在于，考慮Mg+和He+的單獨/協同輻照試樣輻照損傷之間的對比分析，所述He+離子照射面積為10mm×10mm，Mg+離子照射面積為10mm×6mm，He+離子和Mg+離子協同照射面積為10mm×3mm。
7.按照權利要求1的方法，其特征在于，為保證Mg+和He+離子束具有足夠大的協同輻照區域和
8.按照權利要求1的方法，其特征在于，所述輻照溫度為200℃。
9.按照權利要求1的方法，其特征在于，所述FIB微納加工樣品的有效深度范圍為600μm-1000μm。
...【技術特征摘要】
1.一種模擬服役條件下鎂基燃料基體輻照損傷行為的研究方法，其包括以下步驟：
2.按照權利要求1的方法，其特征在于，根據srim計算得到的不同能量mg+離子和he+離子在mg合金中的損傷層深度，以及不同輻照能量下可獲得的最大束流密度，確定所述mg+離子輻照能量為1.5mev，he+離子輻照能量為100kev。
3.按照權利要求2的方法，其特征在于，按照權利要求1的方法，其特征在于，樣品輻照前預處理包括樣品切割、機械磨拋、電解拋光、超聲清洗和金相檢查。
4.按照權利要求3的方法，其特征在于，所述靶材為mgo。
5.按照權利要求4的方法，其特征在于，所述輻照樣品尺寸為1mm×3mm×5mm。
【專利技術屬性】
技術研發人員：張偉，潘虎成，吳璐，申志鵬，毛建軍，秦高梧，寧知恩，滕常青，謝東升，富童，徐錫語，辛虹陽，黃子恒，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：
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