5-18、高辐照注量核电关键材料服役行为高通量评价技术

张崇宏^1*，丁兆楠¹，杨义涛¹，宋银¹，白冰²，刘向兵³，薛飞³

1.中国科学院近代物理研究所，2.中国原子能科学研究院，3.苏州热工研究院有限公司

摘要：我国早期核电站已进入设计寿期中后段，材料失效问题已成为影响核电站安全高效运行及延寿论证的关键因素。其中，反应堆压力容器（RPV）钢辐照脆化是影响反应堆安全及延寿的重要因素。中子辐照实验由于成本高，周期长，难度大，目前尚缺乏国产RPV钢的系统辐照性能数据（特别对高注量条件）。离子辐照由于损伤效率高，样品活化低，已被用于材料中子辐照损伤的高效、快速模拟研究。但是，目前亟需建立离子与中子辐照效应的定量映射关系，以提升离子辐照模拟技术的工程适用性。本文介绍了基于“材料基因工程”思想发展RPV材料辐照脆化的高通量实验方法的研究。主要内容包括，建立微小试样与标准试样力学性能关联模型，通过开展中子、高能重离子辐照实验获取国产RPV材料高注量辐照性能实验数据，建立中子与离子辐照脆化定量映射关系，形成基于高能重离子辐照的中子辐照等效加速模拟技术。

首先，推进高通量评价装置的研发，开展了放射性小样品热室测试系统的搭建，为后续中子辐照实验的开展提供高通量试验平台；开展了高能重离子加速器（HIRFL）辐照终端高通量实验装置的设计与搭建，提出离子束遮蔽及旋转样品两种高通量实验方案，可以在同一块样品一次辐照实验获得多个（>3）不同辐照剂量区域，为使用有限离子束机时获得系列辐照损伤数据提供条件。其次，制订合理可行的辐照实验方案，制订了中子辐照样品的取样方案（包括标准样品及微小样品），完成入堆辐照装置设计及入堆实验方案论证；离子辐照实验采用高能重离子（350MeV Fe离子），其弹性碰撞产生的初始反冲原子能谱与快中子所产生的相似，可以模拟快中子辐照引起的级联损伤（collision cascade damage），同时在RPV材料中的损伤深度大于平均晶粒尺寸，由此获得的宏观小样品可以提供材料体损伤（辐照硬化/脆化）的有效数据，为探讨中子-离子辐照脆化关联提供必要条件。在此基础上，初步开展了国产RPV钢样品的高能Fe离子辐照硬化实验，取得0.18 dpa损伤水平辐照硬化及脆化的数据。

进一步的研究，将利用HIRFL高能离子束条件，开展国产RPV钢0.15—1.5 dpa 损伤范围，250—350°C温度范围系统的辐照实验，借助微小样品试验获取辐照引起的硬化、脆化数据，借助透射电镜、正电子湮没谱仪及3D-APT获得缺陷的微观结构数据。结合实验数据探讨RPV钢辐照硬化/脆化机理，进一步从微观、宏观层次对照中子、离子辐照硬化/脆化的关联，尝试建立中子与离子辐照脆化定量映射关系，形成基于高能重离子辐照的中子辐照等效加速模拟技术。

关键词：RPV材料，辐照损伤，高能重离子

通讯作者：张崇宏，电话：0931-4969036，Email: c.h.zhang@impcas.ac.cn

DOI:10.12110/secondfmge.20181014.518