核石墨的微观结构及其在离子束辐照环境下的演化行为研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 朱永启 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 周兴泰 |
| 关键词 | 核石墨 孔隙结构 离子束辐照 微观结构演化 拉曼二维成像 |
| 英文摘要 | 核石墨由于具有很高的中子慢化比、较高的高温强度以及非常好的化学相容性等优点,在钍基熔盐堆中被用作慢化体、反射体材料。核石墨作为一种人造的多孔碳材料,具有复杂的微观孔隙结构。它在熔盐堆中可能会被燃料盐浸渗,导致局部高温,引起核石墨失效。因此有必要研究核石墨的微观孔隙结构,了解核石墨的微观孔隙结构特征,为熔盐堆核石墨材料的选择提供参考。另一方面,核石墨在熔盐堆服役过程中需经受高剂量的中子辐照,其体积及性能都会发生较大的变化,这些变化与核石墨的微观结构以及这些结构在辐照环境下的演化行为密切相关。研究核石墨的微观结构及其在辐照环境下的演化有利于深入理解核石墨在反应堆中的服役行为,促进长辐照寿命核石墨的发展。本论文采用基于同步辐射光源的X射线成像技术研究了核石墨的微观孔隙结构。采用微米三维成像技术,观察到不同牌号核石墨的微观孔隙成网络状分布。在研究中发现核石墨的孔喉尺寸以及配位数是影响流体在核石墨中流动的重要因素。由于NG-CT-50核石墨有较小的孔喉尺寸,模拟表明其对熔盐有较强的阻隔能力。进一步地,采用基于同步辐射光源的纳米三维成像技术,观察到了核石墨微裂纹的三维立体结构,发现在三维空间中微裂纹呈透镜状延伸分布,加深了人们对核石墨中微裂纹的理解。在高温下(400℃),利用30 Me V的Ni~(5+)离子束辐照了IG-110和G1两款核石墨材料,研究了这两款核石墨在辐照环境下的微观结构演化过程。采用电子探针显微分析仪(EPMA)测量了注入Ni元素在样品中的分布情况,确定了该离子束在这两款核石墨中的射程,同时观察到了Ni元素的含量与注量呈正比。采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)以及透射电镜(TEM)观察了离子束辐照后的核石墨样品的截面微观结构,发现核石墨辐照区域的微裂纹有少量收缩,同时纳米尺寸的孔隙数量有所减少。在用选区衍射观察石墨晶体向非晶化转变的过程中,发现核石墨的非晶化程度随着辐照深度的增加而变大,直至入射离子的射程末端处达到最大值。还采用拉曼光谱方法研究了核石墨微观结构随辐照损伤的演化行为。在样品截面的拉曼二维成像结果中发现拉曼光谱D峰和G峰的半高宽(FWHM)、峰位、强度都随着辐照深度变化。拉曼光谱的D峰和G峰强度的比(I_D/I_G)在离子束的射程内随着辐照深度的增加而变大,这与计算所得的核石墨中缺陷分布规律一致。同时,I_D/I_G在离子入射的浅层区域会比深层区域增加得更快,这表明高温辐照下核石墨中的辐照缺陷在一定的剂量后会饱和。对比不同温度(400℃和600℃)下离子束辐照后核石墨截面样品的拉曼光谱,发现相较于400℃,600℃的拉曼光谱线型在离子入射的浅层区接近石墨的原始拉曼光谱,在深层区域D峰和G峰的半高宽(FWHM)展宽也较小,这表明石墨的辐照损伤在高温条件下会得到一定程度的恢复。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33860]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 朱永启. 核石墨的微观结构及其在离子束辐照环境下的演化行为研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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