danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2023-67-5-373-379dan-1150Research ArticleФИЗИКАPHYSICSУстойчивость ряда конструкционных материалов и по- ликристаллического SiC к блистерингу и флекингу при имплантации ионов гелия и отжигеTolerance of several construction materials and polycrystalline SiC to blistering and flecking due to ion implantation and annealingПилько (мл.)В. В.Pilko (jr.)V. V.

Владимир Владимирович Пилько (мл.), ст. науч. сотрудник

220045

ул. Курчатова, 7

Минск

Vladimir V. Pilko (jr.), Senior Researcher

220045

7, Kurchatov Str.

Minsk

pilkowladimir@gmail.comКомаровФ. Ф.KomarovF. F.

Фадей Фадеевич Комаров, академик, д-р физ.-мат. наук, профессор

220045

ул. Курчатова, 7

Минск

Fadei F. Komarov, Academician, D. Sc. (Physics and Mathematics), Professor

220045

7, Kurchatov Str.

Minsk

komarovf@bsu.byПилькоВ. В.PilkoV. V.

Владимир Владимирович Пилько, канд. физ.-мат. наук, доцент, ст. науч. сотрудник

220045

ул. Курчатова, 7

Минск

Vladimir V. Pilko, Ph. D. (Physics and Mathematics), Associate Professor, Senior Researcher

220045

7, Kurchatov Str.

Minsk

pilkow@mail.ruНаучно-исследовательский институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университетаA. N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of the Belarusian State University202331102023675373379Copyright © Пилько (мл.) В.В., Комаров Ф.Ф., Пилько В.В., 20232023Пилько (мл.) В.В., Комаров Ф.Ф., Пилько В.В.Pilko (jr.) V.V., Komarov F.F., Pilko V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1150

   Изложены результаты исследования устойчивости ряда конструкционных материалов (сплав Д16Т, Zr, стали ЭИ-847, 12Х18Н9Т) и поликристаллического SiC к блистерингу и флекингу при облучении ионами гелия с энергией 500 КэВ в диапазоне доз от 1016 до 3·1018 ион/cм2 и постимплантационном отжиге. Образцы нержавеющих сталей, циркония, сплава Д16Т и карбида кремния облучены ионами гелия. Методом оптической микроскопии изучена структура поверхностных слоев облученных материалов непосредственно после облучения и после термического отжига при температурах от 300 до 750 °С. Определены дозовые и температурные диапазоны устойчивости к блистерингу и флекингу для всех изученных материалов. Рассмотрены основные виды нарушений структуры материалов.

   The results on the tolerance of several construction materials (D16T alloy, Zr, ЭИ-847, 12Х18Н9Т steels) and polycrystаlline SiC to blistering and flecking after irradiation with 500 keV He+ ions and following annealing have been high-lighted. Samples of stainless steels, zirconium, D16T alloy and silicon carbide were irradiated with helium ions in the range from 1016 to 3 · 1018 ion/cm2. Immediately after irradiation and annealing under temperatures from 300 to 750 °C, the optical microscopy was used to study the structure of surface layers. Temperature and fluence ranges of tolerance to blistering and flecking were determined for all examined materials. Primary types of material structure distortions were reviewed.

имплантацияионы гелияотжигблистерингфлекинградиационная стойкостьimplantationhelium ionsannealingblisteringfleckingradiation resistanceReferencesTerrani, K. A. Accident tolerant fuel cladding development: Promise, status, and challenges / K. A. Terrani // J. Nuclear Materials. – 2018. – Vol. 501. – P. 13–30. doi: 10.1016/j.jnucmat.2017.12.043Terrani K. A. Accident tolerant fuel cladding development: Promise, status, and challenges. Journal of Nuclear Materials, 2018, vol. 501, pp. 13–30. doi: 10.1016/j.jnucmat.2017.12.043Zinkle, S. J. Designing radiation resistance in materials for fusion energy / S. J. Zinkle, L. L. Snead // Annu. Rev. Mater. Res. – 2014. – Vol. 44, N 1. – P. 241–267. doi: 10.1146/annurev-matsci-070813-113627Zinkle S. J., Snead L. L. Designing radiation resistance in materials for fusion energy. Annual Review of Materials Research, 2014, vol. 44, no. 1, pp. 241–267. doi: 10.1146/annurev-matsci-070813-113627Post, R. F. Fusion reactors as future energy sources / R. F. Post, F. L. Ribe // Science. – 1974. – Vol. 186, N 4162. – P. 397–407. doi: 10.1126/science.186.4162.397Post R. F., Ribe F. L. Fusion reactors as future energy sources. Science, 1974, vol. 186, no. 4162, pp. 397–407. doi: 10.1126/science.186.4162.397Zinkle, S. J. Materials challenges in nuclear energy / S. J. Zinkle, G. S. Was // Acta Mater. – 2013. – Vol. 61, N 3. – P. 735–758. doi: 10.1016/j.actamat.2012.11.004Zinkle S. J., Was G. S. Materials challenges in nuclear energy. Acta Materialia, 2013, vol. 61, no. 3, pp. 735–758. doi: 10.1016/j.actamat.2012.11.004Chu, S. Opportunities and challenges for a sustainable energy future / S. Chu, A. Majumdar // Nature. – 2012. – Vol. 488, N 7411. – P. 294–303. doi: 10.1038/nature11475Chu S., Majumdar A. Opportunities and challenges for a sustainable energy future. Nature, 2012, vol. 488, no. 7411, pp. 294–303. doi: 10.1038/nature11475Kozlovskiy, A. Investigation of the effect of ionizing radiation on the structural and conductive characteristics of Ni nanostructures / A. Kozlovskiy, D. Shlimas, M. Zdorovets // Vacuum. – 2019. – Vol. 163. – P. 103–109. doi: 10.1016/j.vacuum.2019.02.015Kozlovskiy A., Shlimas D., Zdorovets M. Investigation of the effect of ionizing radiation on the structural and conductive characteristics of Ni nanostructures. Vacuum, 2019, vol. 163, pp. 103–109. doi: 10.1016/j.vacuum.2019.02.015Trinkaus, H. Ion beam induced amorphization of crystalline solids: mechanisms and modeling / H. Trinkaus // Mater. Sci. Forum. – 1997. – Vol. 248–249. – P. 3–12. doi: 10.4028/www.scientific.net/msf.248-249.3Trinkaus H. Ion beam induced amorphization of crystalline solids: mechanisms and modeling. Materials Science Forum, 1997, vol. 248–249, pp. 3–12. doi: 10.4028/www.scientific.net/msf.248-249.3Комплекс для локальной ионной имплантации и элементного микроанализа с выводом ионного пучка в атмосферу / Ф. Ф. Комаров [и др.] // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2016. – Т. 60, № 5. – С. 71–75.Komarov F. F., Kamyshan A. S., Pilko V. V., Shekunov A. A., Romanovskaya O. F., Urjev G. A. In-air ion beam extraction set-up for the external micro-pixe analysis and local implantation. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2016, vol. 60, no. 5, pp. 71–75 (in Russian).Радиационная стойкость конструкционных материалов атомных реакторов при облучении высокоэнергетичными ионами водорода и гелия / Ф. Ф. Комаров [и др.] // Инж.-физ. журн. – 2013. – Т. 86, № 6. – С. 1393–1396.Komarov F. F., Komarov A. F., Pil’ko V. V., Pil’ko V. V. Radiation resistance of structural materials of nuclear reactors on irradiation with high-energy hydrogen and helium ions. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2013, vol. 86, no. 6, pp. 1481–1484. doi: 10.1007/s10891-013-0976-yChu, W. K. Backscattering spectrometry / W. K. Chu, J. W. Mayer, M. A. Nicolet. – New York; San Francisco; London, 1978. – 344 p.Chu W. K., Mayer J. W., Nicolet M. A. Backscattering spectrometry. New York, San Francisco, London, 1978. 344 p.Study of the dissolution performance of ferrum and calcium compounds in residue hydrogenation reaction samples / X. Y. Wang [et al.] // J. Fuel Chemistry and Technology. – 2021. – Vol. 49, N 6. – P. 771–779. doi: 10.1016/s1872-5813(21)60053-1Wang X. Y., Zhang T., Zhang L., Zhao Y., Bian Y., Yang C. Study of the dissolution performance of ferrum and calcium compounds in residue hydrogenation reaction samples. Journal of Fuel Chemistry and Technology, 2021, vol. 49, no. 6, pp. 771–779. doi: 10.1016/s1872-5813(21)60053-1Dimensional Stability of the Structural Parts of VVER-1000 FA Made of E-635 Zirconium Alloy / A. V. Nikulina [et al.] // Atomic Energy. – 2018. – Vol. 123, N 4. – P. 235–243. doi: 10.1007/s10512-018-0332-6Nikulina A. V., Peregud M. M., Vorob’ev E. E., Khokhunova T. N. Dimensional Stability of the Structural Parts of VVER-1000 FA Made of E-635 Zirconium Alloy. Atomic Energy, 2018, vol. 123, no. 4, pp. 235–243. doi/: 10.1007/s10512-018-0332-6Lee, E. H. Ion-beam modification of polymeric materials – fundamental principles and applications / E. H. Lee // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. – 1999. – Vol. 151, N 1–4. – P. 29–41. doi: 10.1016/s0168-583x(99)00129-9Lee E. H. Ion-beam modification of polymeric materials – fundamental principles and applications. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 1999, vol. 151, no. 1–4, pp. 29–41. doi: 10.1016/s0168-583x(99)00129-9Fracture mechanics analysis of the effects of temperature and material mismatch on the Smart-Cut technology / Bin Gu [et al.] // Engineering Fracture Mechanics. – 2008. – Vol. 75, N 17. – P. 4996–5006. doi: 10.1016/j.engfracmech.2008.06.026Bin Gu, Hong-Yuan Liu, Yiu-Wing Mai, Xi-Qiao Feng, Shou-Wen Yu. Fracture mechanics analysis of the effects of temperature and material mismatch on the Smart-Cut technology. Engineering Fracture Mechanics, 2008, vol. 75, no. 17, pp. 4996–5006. doi: 10.1016/j.engfracmech.2008.06.026Экспрессный метод определения радиационной стойкости конструкционных материалов атомных реакторов с использованием имплантации высокоэнергетичных ионов водорода и гелия / Ф. Ф. Комаров [и др.] // Материалы 10-й Междунар. конф. «Взаимодействие излучений с твёрдым телом», 24–27 авг. 2013 г. – Минск, 2013. – T. 1. – C. 50–52.Pil’ko V. V., Pil’ko V. V., Komarov F. F., Komarov A. F. Express method to determine radiation resistance of construction materials of atomic reactors by means of high energy hydrogen and helium ions implantation. Materialy 10-i Mezhdunarodnoi konferentsii “Vzaimodeistvie izluchenii s tverdym telom”, 24–27 avgusta 2013 g. Т. 1 [Proceedings of the 10<sup>th</sup> International Conference “Interaction of Radiation with Solids,” August 24–27, 2013. Vol. 1]. Minsk, 2013, pp. 50–52 (in Russian).Pilko, V. V. Structure and hardness evolution of silicon carbide epitaxial layers irradiated with He+ ions / V. V. Pilko, F. F. Komarov, P. Budzynski // Acta Physica Polonica А. – 2019. – Vol. 136, N 2. – P. 351–355. doi: 10.12693/APhysPolA.136.351Pilko V. V., Komarov F. F., Budzynski P. Structure and hardness evolution of silicon carbide epitaxial layers irradiated with He+ ions. Acta Physica Polonica А, 2019, vol. 136, no. 2, pp. 351–355. doi: 10.12693/aphyspola.136.351

The authors declare that there are no conflicts of interest present.