Устойчивость ряда конструкционных материалов и по- ликристаллического SiC к блистерингу и флекингу при имплантации ионов гелия и отжиге

   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.

1. Terrani, 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.2017.12.043

2. Zinkle, 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-070813-113627

3. Post, 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.186.4162.397

4. Zinkle, 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.2012.11.004

5. Chu, 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/nature11475

6. Kozlovskiy, 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.2019.02.015

7. Trinkaus, 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.248-249.3

8. Комплекс 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.

9. 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.

10. Chu, W. K. Backscattering spectrometry / W. K. Chu, J. W. Mayer, M. A. Nicolet. – New York; San Francisco; London, 1978. – 344 p.

11. 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)60053-1

12. Dimensional 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/s10512-018-0332-6

13. Lee, 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)00129-9

14. Fracture 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.2008.06.026

15. Экспрессный 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.

16. 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.136.351