基于强流脉冲离子束的中子辐照模拟装置及评价技术

摘要

依据高能原子辐照与中子辐照的初级离位原子(PKA)能谱相似性,基于TEMP-6M型强流脉冲离子束(HIPIB)系统,研发了一种中子辐照模拟装置,该装置以磁绝缘离子二极管伴生的强流脉冲二次电子束流实现0.1 MeV以上高能离子的高效率中和,获得动能为0.1~1 MeV、脉冲宽度为120~160 ns、脉冲辐照剂量为1012~10^(15)n/cm^(2)的强流脉冲原子或混合束,原子占比为85%~100%。通过辐照缺陷原位差热分析方法,快速确定材料缺陷数量、密度及dpa损伤速率等抗中子辐照性能评价指标。以核级AISI 304奥氏体不锈钢为例,计算PKA相似性定标曲线,采用220~280 keV的C原子等效1.8~2.3 MeV中子进行辐照模拟,调节名义束流能量密度0.5~4 J/cm^(2),实测辐照剂量范围为0.46×10^(13)~8.55×10^(13)n/cm^(2),热分析确定Frenkel缺陷密度为1.99×10^(16)~2.90×10^(17)/cm^(2),外推预测奥氏体不锈钢在1021n/cm^(2)中子剂量条件下的辐照损伤为500 dpa量级,适用于核电厂结构材料60年服役寿期评价需求。