·1540 工程科学学报，第42卷，第12期 对于国内缺乏超高压透射电镜实验条件的人 致谢 来说，普通的加速电压为200keV的低压透射电镜 此论文修改时，武汉大学郭立平、西安交通大 也有可能作为电子束辐照源.例如，纯铝的击出阈 学卢晨阳提出了宝贵意见 值Ea为16eV,而能量为200keV的电子在铝中能 够产生的最大损伤能量为19.5eVB实际上利用 参考文献 低压透射电镜在铝中观察到了辐照产生的位错 [1]Was G S.Fundamentals of Radiation Materials Science-Metals 环四，从这点来说，有可能利用一般的低压透射电 and Alloys.2nd Ed.New York:Springer Science+Business Media, 镜和纯铝样品，开展自间隙原子团簇的一维迁移 2017 [2]Ishino S.Irradiation Damage.Tokyo:University of Tokyo Press, 实验的观察实验， 1979 另一种观察一维迁移现象的实验方法是利用 31 Wan F R.Irradiation Damage in Metals.Beijing:Science Press 离子加速器与低压透射电镜的联机装置进行原位 1993 离子辐照.离子加速器的离子辐照用于产生位错 (万发荣.金属材料的辐照损伤.北京：科学出版社，1993) 环，并促进位错环脱离钉扎位置进行一维迁移.低 [4]Guo L P,Luo FF,Yu Y X.Dislocation Loops in Irradiated 压透射电镜则可以对位错环进行原位观察，记录 Nuclear Materials.Beijing:National Defense Industry Press,2017 所发生的一维迁移现象四随着国内同类装置的 (郭立平，罗凤凤，于雁霞.核材料辐照位错环北京：国防工业 投入运行o,将有可能推进国内的此项研究 出版社，2017) [5]Nordlund K.Historical review of computer simulation of radiation 以前一般认为，只有自间隙原子团簇才会出 effects in materials.J Nuc/Mater,2019,520:273 现一维迁移现象.但是，现在也有关于空位型位错 [6]Ipatova I,Wady P T,Shubeita S M,et al.Radiation-induced void 环的一维迁移现象的论文.该研究发现，一个空 formation and ordering in Ta-W alloys.J Nuc/Mater,2017,495: 位团簇在两个空位型层错四面体之间来回进行一 343 维迁移，最后本身也形成为一个层错四面体.根据 [7]Zinkle S J,Snead LL.Opportunities and limitations for ion beams 该论文的估算，金中的单个空位的迁移能为0.85eV, in radiation effects studies:bridging critical gaps between charged 空位型位错环一维迁移的有效迁移能为022~ particle and neutron irradiations.Scripta Mater,2018,143:154 0.23eV,可见空位型位错环一维迁移的有效迁移 [8]Saka H.Dislocation in Crystals.Tokyo:Muruzen Press,2015 能远低于单个空位的迁移能，表明该空位型位错 [9]Schibli R,Schaublin R.On the formation of stacking fault tetrahedra in irradiated austenitic stainless steels -a literature 环的一维迁移确实与单个空位的运动无关.产生 review.J Nucl Mater,2013,442:S761 一维迁移的自间隙原子团簇是由挤列构成的，虽 [10]Loretto M H,Phillips P J,Mills M J.Stacking fault tetrahedra in 然空位型位错环不会有挤列，仍可以认为它们会 metals.Scripta Mater,2015,94:1 出现与挤列类似的（稀疏排列的“疏列”，Voidion) [11]Yi X O,Jenkins M L,Kirk M A,et al.In-situ TEM studies of 原子结构 150 keV W+ion irradiated W and W-alloys:damage production 关于点缺陷团簇的一维迁移，还存在太多的 and microstructural evolution.Acta Mater,2016,112:105 未知问题，有待今后的实验进一步探明. [12]Huang Y N.Wan F R,Jiao Z J.The type identification of dislocation loops by TEM and the loop formation in pure Fe 4小结 implanted with H'.Acta Phys Sin,2011,60(3):036802-1 (黄依娜，万发荣，焦治杰.利用透射电镜衬度像变化判定位错 材料辐照损伤的直接原因是高能粒子产生的 环类型及注氢纯铁中形成的位错环分析.物理学报，2011 点缺陷.但是，点缺陷聚集在一起形成的点缺陷团 60(3):036802-1) 簇，更是影响材料辐照损伤性能的重要因素.空位 [13]Du Y F,Cui L J,Han W T,et al.Formation of vacancy-type 团簇种类较多，自间隙原子团簇则只有位错环一 dislocation loops in hydrogen-ion-implanted Fe-Cr alloy.Acta 种.纳米尺度的空位型位错环多形成于空位团簇 Metall Sin Engl Lett,2019,32(5):566 的坍塌过程，如果满足一定条件（例如氢原子的介 [14]Liu P P,Zhu Y M,Zhao MZ,et al.The effect of isotope on the 入)，也能够通过空位沿二维平面聚集来形成尺寸 dynamic behavior of <100>vacancy-type dislocation loop in deuterium-implanted Fe.Fusion Eng Des,2015,95:20 大得多的空位型位错环.另一方面，自间隙原子团 [15]Jiang S N,Wan F R,Long Y.et al.Effects of helium and 簇（位错环）的一维迁移行为，从深化材料物理基 deuterium on irradiation damage in pure iron.Acta Physn,2013, 础理论和开发抗辐照损伤材料两方面来说，都是 62(16):166801-1 极具前沿性的课题，今后将会得到更广泛的关注 (姜少宁，万发荣，龙毅，等.氨、氘对纯铁辐照缺陷的形响.物理对于国内缺乏超高压透射电镜实验条件的人 来说，普通的加速电压为 200 keV 的低压透射电镜 也有可能作为电子束辐照源. 例如，纯铝的击出阈 值 Ed 为 16 eV，而能量为 200 keV 的电子在铝中能 够产生的最大损伤能量为 19.5 eV [38] . 实际上利用 低压透射电镜在铝中观察到了辐照产生的位错 环[39] . 从这点来说，有可能利用一般的低压透射电 镜和纯铝样品，开展自间隙原子团簇的一维迁移 实验的观察实验. 另一种观察一维迁移现象的实验方法是利用 离子加速器与低压透射电镜的联机装置进行原位 离子辐照. 离子加速器的离子辐照用于产生位错 环，并促进位错环脱离钉扎位置进行一维迁移. 低 压透射电镜则可以对位错环进行原位观察，记录 所发生的一维迁移现象[32] . 随着国内同类装置的 投入运行[40] ，将有可能推进国内的此项研究. 以前一般认为，只有自间隙原子团簇才会出 现一维迁移现象. 但是，现在也有关于空位型位错 环的一维迁移现象的论文[41] . 该研究发现，一个空 位团簇在两个空位型层错四面体之间来回进行一 维迁移，最后本身也形成为一个层错四面体. 根据 该论文的估算，金中的单个空位的迁移能为 0.85 eV， 空位型位错环一维迁移的有效迁移能为 0.22～ 0.23 eV，可见空位型位错环一维迁移的有效迁移 能远低于单个空位的迁移能，表明该空位型位错 环的一维迁移确实与单个空位的运动无关. 产生 一维迁移的自间隙原子团簇是由挤列构成的，虽 然空位型位错环不会有挤列，仍可以认为它们会 出现与挤列类似的（稀疏排列的“疏列”，Voidion） 原子结构. 关于点缺陷团簇的一维迁移，还存在太多的 未知问题，有待今后的实验进一步探明. 4    小结 材料辐照损伤的直接原因是高能粒子产生的 点缺陷. 但是，点缺陷聚集在一起形成的点缺陷团 簇，更是影响材料辐照损伤性能的重要因素. 空位 团簇种类较多，自间隙原子团簇则只有位错环一 种. 纳米尺度的空位型位错环多形成于空位团簇 的坍塌过程，如果满足一定条件（例如氢原子的介 入），也能够通过空位沿二维平面聚集来形成尺寸 大得多的空位型位错环. 另一方面，自间隙原子团 簇（位错环）的一维迁移行为，从深化材料物理基 础理论和开发抗辐照损伤材料两方面来说，都是 极具前沿性的课题，今后将会得到更广泛的关注. 致谢 此论文修改时，武汉大学郭立平、西安交通大 学卢晨阳提出了宝贵意见. 参    考    文    献 Was G S. Fundamentals of Radiation Materials Science-Metals and Alloys. 2nd Ed. New York: Springer Science+Business Media, 2017 [1] Ishino S. Irradiation Damage. Tokyo: University of Tokyo Press, 1979 [2] Wan F R. Irradiation Damage in Metals. Beijing: Science Press, 1993 （万发荣. 金属材料的辐照损伤. 北京: 科学出版社, 1993） [3] Guo L P, Luo F F, Yu Y X. Dislocation Loops in Irradiated Nuclear Materials. Beijing: National Defense Industry Press, 2017 （郭立平, 罗凤凤, 于雁霞. 核材料辐照位错环. 北京: 国防工业 出版社, 2017） [4] Nordlund K. Historical review of computer simulation of radiation effects in materials. J Nucl Mater, 2019, 520: 273 [5] Ipatova I, Wady P T, Shubeita S M, et al. Radiation-induced void formation and ordering in Ta-W alloys. J Nucl Mater, 2017, 495: 343 [6] Zinkle S J, Snead L L. Opportunities and limitations for ion beams in radiation effects studies: bridging critical gaps between charged particle and neutron irradiations. Scripta Mater, 2018, 143: 154 [7] [8] Saka H. Dislocation in Crystals. Tokyo: Muruzen Press, 2015 Schibli R, Schäublin R. On the formation of stacking fault tetrahedra in irradiated austenitic stainless steels –a literature review. J Nucl Mater, 2013, 442: S761 [9] Loretto M H, Phillips P J, Mills M J. Stacking fault tetrahedra in metals. Scripta Mater, 2015, 94: 1 [10] Yi X O, Jenkins M L, Kirk M A, et al. In-situ TEM studies of 150 keV W+ ion irradiated W and W-alloys: damage production and microstructural evolution. Acta Mater, 2016, 112: 105 [11] Huang Y N, Wan F R, Jiao Z J. The type identification of dislocation loops by TEM and the loop formation in pure Fe implanted with H+ . Acta Phys Sin, 2011, 60（3）: 036802-1 （黄依娜, 万发荣, 焦治杰. 利用透射电镜衬度像变化判定位错 环类型及注氢纯铁中形成的位错环分析. 物理学报, 2011, 60（3）：036802-1） [12] Du Y F, Cui L J, Han W T, et al. Formation of vacancy-type dislocation loops in hydrogen-ion-implanted Fe –Cr alloy. Acta Metall Sin Engl Lett, 2019, 32（5）: 566 [13] Liu P P, Zhu Y M, Zhao M Z, et al. The effect of isotope on the dynamic behavior of <100> vacancy-type dislocation loop in deuterium-implanted Fe. Fusion Eng Des, 2015, 95: 20 [14] Jiang S N, Wan F R, Long Y, et al. Effects of helium and deuterium on irradiation damage in pure iron. Acta Phys Sin, 2013, 62（16）: 166801-1 （姜少宁, 万发荣, 龙毅, 等. 氦、氘对纯铁辐照缺陷的影响. 物理 [15] · 1540 · 工程科学学报，第 42 卷，第 12 期