Heavy ion irradiation simulation of high dose irradiation induced radiation effects in materials

Abstract

Materials used for ADS, ITER, fast reactor, etc suffer very high dose irradiations of protons and/or neutrons. The yearly accumulated irradiation doses could reach a couple of hundred dpa in ADS, ~40 dpa in fast reactors and ~30 dpa in ITER’s DEMO, producing severe radiation damage in materials and leading to a breakdown or accident of these installations. Investigation of such high dose irradiation induced radiation damage is a currently interesting topic with great importance. It is deeply hampered for lack of high dose neutron and proton sources. The heavy ion irradiation simulation technique has been developed at HI-13 tandem accelerator to investigate radiation damage encountered in the above mentioned installations. An experiment was carried out to verify the reliability and validity of heavy ion irradiation simulation. A series of experiments were performed by heavy ion irradiation simulation in combination with positron annihilation lifetime spectroscopy to investigate the temperature and dose dependence of radiation damage in stainless steels, tungsten, tantalum, etc. Some experimental results will be presented and discussed.

Матеріали, що використовуються в ADS, ITER, швидкому реакторі, піддані високим дозам опромінення протонами та/або нейтронами. Це опромінення викликає серйозне радіаційне пошкодження матеріалів, що призводить до руйнування цих устаткувань або їх аварії. Дослідження радіаційних пошкоджень, зумовлених опроміненням великими дозами, є досить актуальним та важливим завданням. Однак це дослідження гальмується внаслідок відсутності нейтронних та протонних джерел, що мають високі щільності потоків часток. Моделювання з використанням опромінення важкими іонами представляє ефективний шлях такого дослідження. Метод моделювання з використанням опромінення важкими іонами на основі тандемного прискорювача НІ-13 застосовувався в Інституті атомної енергії Китаю для дослідження радіаційних пошкоджень, що спостерігаються у вищезазначених устаткуваннях. Перевірена надійність та достовірність моделювання за допомогою опромінення важкими іонами; виконано низку експериментів шляхом моделювання важкими іонами у поєднанні зі спектроскопією часу життя позитронів для вивчення залежності радіаційних пошкоджень від температури і дози для нержавіючих сталей, вольфраму, танталу і т.д. Представлені і обговорюються деякі експериментальні результати.

Материалы, используемые в ADS, ITER, быстром реакторе, подвержены очень высоким дозам облучения протонами и/или нейтронами. Это облучение вызывает серьёзное радиационное повреждение материалов, что приводит к разрушению этих установок или их аварии. Исследование радиационных повреждений, вызванных облучением большими дозами, является весьма актуальной и важной задачей. Однако это исследование тормозится из-за отсутствия нейтронных и протонных источников, имеющих высокие плотности потока частиц. Моделирование с использованием облучения тяжелыми ионами предоставляет эффективный путь такого исследования. Метод моделирования с использованием облучения тяжелыми ионами на основе тандемного ускорителя НI-13 применялся в Институте атомной энергии Китая для исследования радиационных повреждений, встречающихся в вышеупомянутых установках. Проверена надежность и достоверность моделирования с помощью облучения тяжелыми ионами; выполнен ряд экспериментов путем моделирования облучения тяжелыми ионами в сочетании со спектроскопией времени жизни позитронов для изучения зависимости радиационных повреждений от температуры и дозы для нержавеющих сталей, вольфрама, тантала и т.д. Представлены и обсуждаются некоторые экспериментальные результаты.