核工程专业实习报告 - 图文

《2013年暑假实习报告》

——赴XX物理研究所实习报告

姓 名：XX

实习单位：XX 物理研究所 指导教师：XX 学 号：XXXXXXXX 专业班级：XX核能X班

实习时间：X月XX日—X月XX日

实习报告

今年暑假，我们来到了XX物理研究所参观实习，期间通过中科院科研人员所做的专业报告以及现场的参观，我真切的接触到了核专业相关系统、设备的具体实相和相关实际工作运行原理，对其有了具体真实的了解，不再将思维仅限于对书本上词句的抽象、粗浅的揣摩认识。

研究所给我们每个人都分配了各自的指导老师，这样有助于我们更好的学习。于是，我被分到了XX老师的组里，张老师主要从事的是金属材料以及辐照效应方面研究的。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”在短暂的实习过程中，我深深的感觉到自己所学知识的肤浅和在实际运用中的专业知识的匮乏。

一、中国科学院近代物理研究所概况

中国科学院近代物理研究所创建于1957年，是一个依托大科学装置，主要从事重离子物理基础和重离子束应用研究、相应发展先进粒子加速器及核技术的基地型研究所。经过半个多世纪的发展，已经成为在国际上有重要影响的重离子科学研究中心。

二、对辐照效应的认识

固体材料在中子，离子或电子以及γ射线辐照下所产生的一切现象。辐照会改变材料的微观结构，导致宏观尺寸和多种性质的变化，对核能技术或空间技术中使用的材料是个重要问题。在晶体中，辐照产生的各种缺陷一般称为辐照损伤。对于多数材料而言，主要是离位损伤。入射离子与材料中的原子核碰撞，一部分能量转换为靶原子的反冲动能，当此动能超过点阵位置的束缚能时，原子便可离位。最简单的辐照缺陷是孤立的点缺陷，如在金属中的弗仑克尔缺陷对（由一个点阵空位和一个间隙原子组成）。级联碰撞条件下，在约10 nm直径的体积内产生数百个空位和数百个间隙原子。若温度许可，间隙原子和空位可以彼此复合，或扩散到位错、晶界或表面等处而湮没，也可聚集成团或形成位错环。

一般来说，电子或质子照射产生孤立的点缺陷。而中等能量(10-100KeV)的重离子容易形成空位团及位错环，而中子产生的是两种缺陷兼有。当材料在较高温度受大剂量辐照时，离位损伤导致肿胀，长大等宏观变化。肿胀是由于体内均匀产生的空位和间隙原子流向某些漏（如位错）处的量不平衡所致，位错吸收间

隙原子比空位多，过剩的空位聚成微孔洞，造成体积胀大而密度降低。辐照长大只有尺寸改变而无体积变化，仅在各向异性显著的材料中，由于形成位错环的择优取向而造成。离位损伤造成的种种微观缺陷显然会导致材料力学性能变化，如辐照硬化、脆化以及辐照蠕变等。辐照缺陷还引起增强扩散，并促使一系列由扩散控制或影响的过程加速进行，诸如溶解，沉淀，偏聚等，并往往导致非平衡态的实现。对于某些材料如高分子聚合物，陶瓷或硅酸盐等，另一类损伤，即电离损伤也很重要。入射粒子的另一部分能量转移给材料中的电子，使之激发或电离。这部分能量可导致健的断裂和辐照分解，相应的引起材料强度丧失，介电击穿强度下降等现象。

三、结构材料中子辐照后主要产生的效应

（1）电离效应：指反应堆中产生的带电粒子和快中子与材料中的原子相碰撞，产生高能离位原子，高能的离位原子与靶原子轨道上的电子发生碰撞，使电子跳离轨道，产生电离的 现象。从金属键特征可知，电离时原子外层轨道上丢失的电子，很快就会被金属中共有的电子所补充，因此电离效应对金属材料的性能影响不大。但对高分子材料会产生较大影响，因为电离破坏了它的分子键。 （2）离位效应：中子与材料中的原子相碰撞，碰撞时如果传递给阵点原子的能量超过某一最低阈能，这个原子就可能离开它在点阵中的正常位置，在点阵中留下空位。当这个原子的能量在多次碰撞中降到不能再引起另一个阵点原子位移时，该原子会停留在间隙中成为一个间隙原子。这就是辐照产生的缺陷。 （3）嬗变：即受撞的原子核吸收一个中子，变成一个异质原子的核反应。中子与材料产生的核反应（n，α），（n，p）生成的氦气会迁移到缺陷里，促使形成空洞，造成氦脆。

（4）离位峰中的相变：有序合金在辐照时转变为无序相或非晶态。这是在高能中子辐照下，产生离位峰，随后又快速冷却的结果。无序或非晶态被局部淬火保留了下来，随着注量增加，这种区域逐渐扩大，直到整个样品成为无序或非晶态。

四、一种低活化铁素体/马氏体钢的高能重离子辐照效应研究

因为低活化的铁素体/马氏体钢是先进核能装置（如聚变堆）的重要候选材料。在聚变堆实际工作环境下，由于高温和高氦产生率引起的材料失效是这类材料面临的一个重要课题。这项研究以兰州重离子加速器（HIRFL）提供的中能惰性气体离子束（Ne,122MeV）作为模拟辐照条件，借助透射电子显微镜，研究了一种低活化的9Cr铁素体/马氏体钢（T92B）组织结构的变化和辐照肿胀。实验所用材料为一种商用9Cr铁素体/马氏体钢（型号T92B,法国V&M Tubes公司提供），经过了热轧、1060℃正火和780℃回火处理。样品材料成分如下： 铁素体/马氏体钢样品（T92B）的化学成分（weight％） Fe Bal C 0.11 Si 0.18 Mn 0.43 Cr 8.91 Ni 0.12 Mo 0.47 V 0.19 W 1.67 Al 0.004 辐照前样品被切成了13mm×6mm×0.3mm尺寸，表面经过了机械研磨和化学抛光处理。辐照实验是在兰州重离子加速器国家实验室扇形聚焦回旋加速器的辐照终端，利用122MeV能量的Ne离子进行的。根据蒙特卡罗方法模拟程序SRIM96估算，这种离子在样品材料中的射程约为30m，在射程末端附近存在一个离位损伤峰。分别在440℃和570℃下将样品辐照至3个依次增加的离子通量。根据SRIM96估算，相应的离位损伤峰值依次为1，5和10dpa。

辐照过程中样品温度是由固定在样品加热台边缘的一组热电偶检测的；正式辐照前安排了在束温度标定实验，利用另一组热电偶测量了样品表面和加热台边缘的热电偶温度读数的差别。辐照实验中有意控制束流强度以减小束流加热效应，辐照过程温度波动控制在15℃以内。离位损伤峰处的离子位率为0.5dpa/h。

通过如下步骤从辐照后的样品制备了适用于分析沿离子射程方向显微结构的截面电镜试样。将辐照后样品在NiCl2和NiSO4溶液中电镀增厚使表面沉积一层厚1.5mm致密的镍镀层，然后用低速圆锯切得截面样品，再用机械研磨、离子减薄获得适于透射电镜分析的薄区。其中在离子减薄阶段，使用Gatan 691精密离子束减薄机（PIPS），控制离子入射掠角小于4°以避免附加的辐照损伤。用JEOL2000FX透射电镜观察了每个辐照的样品。