近日，中國科學(xué)院近代物理研究所在MAX相材料中氦離子（He）與重離子共同輻照損傷效應(yīng)研究中獲進(jìn)展，揭示了材料中氦行為與輻照損傷的關(guān)系。

　　MAX相材料性能優(yōu)異，兼具陶瓷和金屬的優(yōu)點，有望應(yīng)用于環(huán)境極端惡劣的先進(jìn)核能系統(tǒng)。在反應(yīng)堆中，強中子輻照引起材料的移位損傷和嬗變氦元素的摻雜/累積會導(dǎo)致材料性能嚴(yán)重退化，威脅反應(yīng)堆的安全運行。Ti₃AlC₂材料作為MAX相材料中的典型材料之一，因具有優(yōu)異的耐輻照性和高的抗氦損傷能力而成為研究熱點。 

　　依托近代物理所320kV高電荷態(tài)離子綜合研究平臺和蘭州重離子加速器（HIRFL），科研人員通過氦離子與鐵（Fe）離子順序和逆序輻照實驗，模擬了堆內(nèi)Ti3AlC2材料中氦的摻雜/累積和粒子輻照損傷。在逆序（Fe+He）輻照實驗中，兩者在材料中產(chǎn)生的輻照效應(yīng)相對比較獨立，兩者相互影響弱。而在順序（He+Fe）輻照實驗中，預(yù)注入的氦離子對后續(xù)鐵離子輻照引起的相變有明顯的抑制作用。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)先期注入的氦離子在材料中形成氦氣泡后，隨后的鐵離子輻照則驅(qū)動了氦氣泡的進(jìn)一步演化，既可以促進(jìn)氦氣泡的生長，又可以使氦氣泡重新溶解到材料基體中（可提高材料的抗氦氣泡損傷能力）。 

　　氦離子注入和鐵離子輻照實際上互相抑制了對方對材料的輻照損傷，這種效應(yīng)在材料抗輻照損傷方面將發(fā)揮積極作用。同時，該研究為闡釋Ti₃AlC₂材料抗輻照損傷機理提供了新見解。 

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of the European Ceramic Society上。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、中科院“西部之光”人才培養(yǎng)計劃和先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室的支持。 

　　論文鏈接 

圖1.不同輻照條件下Ti₃AlC₂材料中的相成分含量（龐立龍/圖） 

圖2.鐵離子輻照驅(qū)動氦氣泡演化機制示意圖：（a） 氦氣泡的生長過程；（b） 氦氣泡的再溶解過程。（龐立龍/圖）