郭立平教授团队关于三束辐照下温度对辐照肿胀和辐照硬化的影响研究论文《Temperature effect on cavity evolution by triple-beam irradiation》于2025年4月19日在核材料专业期刊Journal of Nuclear Materials 612 (2025) 155838上发表。

聚变堆结构材料处于高温高剂量的服役环境，同时嬗变产生的大量H和He导致材料力学性能退化。三束同时辐照作为模拟聚变中子辐照最理想的手段，温度和剂量对辐照损伤的影响是最基础的研究目标之一。

本工作以CLAM钢为对象，国内首次利用Fe+He+H三束离子对块状样品进行同时辐照。在350 ℃、450 ℃和550 ℃三个温度下，系统研究了辐照温度和剂量对空洞演化行为的影响。三束同时辐照实验是在武汉大学三束辐照装置（*Nucl. Inst. and Methods in Phys. Res., A 1040 (2022) 167202* ）上进行的。结果表明，低温（350 ℃）促进了小尺寸氦泡的高密度成核，而中温（450 ℃）引发了空洞快速长大和显著的辐照肿胀，高温（550 ℃）则因热发射效应抑制了空洞数量和生长速率。温度通过影响空位迁移率和热发射过程来调控空洞的成核和生长。

位错结构亦与温度有关：在350℃和450℃下，随着辐照剂量的增加，位错环的数量密度和平均尺寸均增加；在550℃下，几乎观察不到可见的位错环，位错线密度也显著降低。辐照硬化：350℃辐照观察到显著的辐照硬化现象，硬度随剂量增加而显著增加；450℃‌辐照硬度变化较小，辐照硬化效应不明显；550℃辐照样品出现软化现象，硬度随剂量增加而降低。这种随温度变化的硬化—软化转变行为，是三束辐照下多种缺陷结构的复杂演变的综合作用结果，我们用DBH模型进行了解释。

对比以前的实验研究结果，在相同的辐照温度和剂量（450 ℃下辐照11dpa）下，Fe+He+H三束同时辐照的肿胀率是Fe+He双束同时辐照的3倍，是Fe/He即先铁后氦辐照的5倍，而单束Fe离子辐照没有观察到肿胀，显示了氢氦协同效应对肿胀有严重影响，这种协同效应必须用三束同时辐照实验进行研究，不能用单束和双束辐照代替。

本工作通过微观结构表征与力学性能测试，揭示了H、He与辐照损伤之间的协同效应规律，深化了对低活化铁素体/马氏体钢在聚变堆极端环境中服役行为和机制的理解。

本论文第一作者是博士生曹俊杰，通讯作者郭立平教授。本文工作得到了国家磁约束核聚变能发展研究专项课题(批准号2022YFE03110003)和国家自然科学基金项目(批准号 11975170) 的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2025.155838

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