。846 北京科技大学学报 第31卷 进行远程迁移时，会遇到尺寸较小的空洞，远程迁移 经过13.8dpa辐照后，空洞的平均直径降低到约 的空位优先聚集在尺寸较小的空洞处，促使其长大， 5.4nm. 较小的空洞长大到一定尺寸后同样面临继续长大的 在高能电子辐照下，空洞要经历形核与长大两 困难.因此，空洞长大到一定尺寸后长大速率会明 个过程，随着辐照损伤量的增加，空洞的直径不断增 显放慢.另外，部分间隙原子会被吸引到空洞中，对 大直到饱和.造成上述空洞的平均直径先变大后变 空洞中的空位起到抵消作用.这两方面作用都抑制 小的原因是空洞的形核与长大随辐照损伤量的变化 了较大空洞长大 规律不同.辐照损伤量比较小时，随辐照损伤量的 从图4(f)、(g)和(h)可看出，空洞不是规则的 增加，空洞的形核速率比较小、长大速率比较快，因 圆球形.这是因为在形成晶体缺陷时，总是优先形 而空洞的平均直径变大，当辐照损伤量比较大时， 成能量较低的缺陷，对于辐照空洞，要使能量最低， 空洞的形核速率比较大，产生了大量的新的空洞，新 只能由表面能较低的低指数晶面组成空洞的内表 空洞的直径相对较小，而早期形核的空洞的直径己 面，因而不可能形成规则球形的空洞.文献[1]中 经达到最大或接近最大，这些空洞长大速率很慢或 提到，在进行双束（氢束和重离子束）和三束（氢束、 不再长大，由于这时存在大量细小的新的空洞，导致 氦束和重离子束)粒子辐照实验，模拟中子辐照发生 空洞平均直径减小.图6反映了这种情况，随着辐 核嬗变反应产生的氢和氦对辐照肿胀的影响时，被 照损伤量的增加.空洞的数密度持续增加，在经1.4 辐照的低活化铁素体/马氏体钢中产生了两种不同 d中a的辐照后空洞的数密度约为08×1021m3,当 形状的空洞：一种是圆球形的空洞，它们是由氢或氨 经过13.8dpa的辐照后空洞数密度达到约10.6× 聚集形成气泡而产生的：另一种是多面体形的空洞， 1021m-3. 它们是在高温进行辐照时，空位浓度达到过饱和后， 聚集在一起形成的三维晶体缺陷空洞，这些空洞满 10 足能量最低原则，由表面能较低的低指数晶面组成， 呈多面体形状.本实验采用高能电子辐照，不产生 6 氢和氦，只能产生多面体形状的晶体缺陷空洞 图5表示辐照空洞平均直径随辐照损伤量的变 化情况.为了提高计算结果的准确性，利用高倍放 0246810121416 辐照损伤量/dpa 大的照片分别统计不同直径的空洞的数目，以保证 空洞平均直径的误差小于2%.从图5中看出，空洞 图6空洞数密度随辐照损伤量的变化 的平均直径随着辐照损伤量的增加表现为先增大、 Fig.6 Number density of C LA M steel w ith different irradiations 后减小的变化趋势.在经过1.4dpa辐照后，CLAM 空洞是在三维方向形成的缺陷，伴随着辐照损 钢中产生的空洞的平均直径约为5.2nm:随着辐照 伤量的增加，空洞的数量不断增加、体积不断增大， 损伤量的增加，空洞平均直径变大，当辐照损伤量为 导致被辐照材料的宏观体积增大，发生辐照肿胀现 3.6dpa时，空洞平均直径约为5.3nm;经过10dpa 象.图7表示肿胀率随辐照损伤量的变化规律，可 辐照后空洞的平均直径达最大值，约5.6nm;在随 以看出肿胀率随辐照损伤量的增加而增大.经过 后的辐照剂量增加的过程中，空洞的平均直径变小， 1.4dpa辐照后的肿胀率非常小，只有约0.007%：当 5.60 经过3.6dpa辐照后，肿胀率增长速率变快：经过14 5.50 0.30 0.25 g5.40 0.20 5.30 8 5.20 0.05 0246810121416 0 辐照损伤量dpa 0246810121416 辐照损伤量dpa 图5空洞平均直径随辐照损伤量的变化 Fig.5 Mean void diameter of CLAM steel w ith different irmadia 图7辐照肿胀率随辐照损伤量的变化 tions Fig.7 Swelling of CLAM steel w ith different irradiations进行远程迁移时, 会遇到尺寸较小的空洞, 远程迁移 的空位优先聚集在尺寸较小的空洞处, 促使其长大, 较小的空洞长大到一定尺寸后同样面临继续长大的 困难.因此, 空洞长大到一定尺寸后长大速率会明 显放慢 .另外, 部分间隙原子会被吸引到空洞中, 对 空洞中的空位起到抵消作用.这两方面作用都抑制 了较大空洞长大 . 从图 4( f) 、( g ) 和( h) 可看出, 空洞不是规则的 圆球形 .这是因为在形成晶体缺陷时, 总是优先形 成能量较低的缺陷, 对于辐照空洞, 要使能量最低, 只能由表面能较低的低指数晶面组成空洞的内表 面, 因而不可能形成规则球形的空洞.文献[ 11] 中 提到, 在进行双束( 氦束和重离子束) 和三束( 氢束 、 氦束和重离子束) 粒子辐照实验, 模拟中子辐照发生 核嬗变反应产生的氢和氦对辐照肿胀的影响时, 被 辐照的低活化铁素体/马氏体钢中产生了两种不同 形状的空洞:一种是圆球形的空洞, 它们是由氢或氦 聚集形成气泡而产生的;另一种是多面体形的空洞, 它们是在高温进行辐照时, 空位浓度达到过饱和后, 聚集在一起形成的三维晶体缺陷空洞, 这些空洞满 足能量最低原则, 由表面能较低的低指数晶面组成, 呈多面体形状.本实验采用高能电子辐照, 不产生 氢和氦, 只能产生多面体形状的晶体缺陷空洞 . 图 5 空洞平均直径随辐照损伤量的变化 Fig.5 Mean void diamet er of CLAM steel w ith diff eren t irradia￾tions 图 5 表示辐照空洞平均直径随辐照损伤量的变 化情况 .为了提高计算结果的准确性, 利用高倍放 大的照片分别统计不同直径的空洞的数目, 以保证 空洞平均直径的误差小于 2 %.从图 5 中看出, 空洞 的平均直径随着辐照损伤量的增加表现为先增大 、 后减小的变化趋势.在经过 1.4 dpa 辐照后, CLAM 钢中产生的空洞的平均直径约为 5.2 nm ;随着辐照 损伤量的增加, 空洞平均直径变大, 当辐照损伤量为 3.6 dpa 时, 空洞平均直径约为 5.3 nm ;经过 10 dpa 辐照后空洞的平均直径达最大值, 约 5.6 nm ;在随 后的辐照剂量增加的过程中, 空洞的平均直径变小, 经过 13.8 dpa 辐照后, 空洞的平均直径降低到约 5.4 nm . 在高能电子辐照下, 空洞要经历形核与长大两 个过程, 随着辐照损伤量的增加, 空洞的直径不断增 大直到饱和 .造成上述空洞的平均直径先变大后变 小的原因是空洞的形核与长大随辐照损伤量的变化 规律不同 .辐照损伤量比较小时, 随辐照损伤量的 增加, 空洞的形核速率比较小、长大速率比较快, 因 而空洞的平均直径变大 .当辐照损伤量比较大时, 空洞的形核速率比较大, 产生了大量的新的空洞, 新 空洞的直径相对较小, 而早期形核的空洞的直径已 经达到最大或接近最大, 这些空洞长大速率很慢或 不再长大, 由于这时存在大量细小的新的空洞, 导致 空洞平均直径减小 .图 6 反映了这种情况, 随着辐 照损伤量的增加, 空洞的数密度持续增加, 在经 1.4 dpa的辐照后空洞的数密度约为 0.8 ×10 21 m -3 , 当 经过 13.8 dpa 的辐照后空洞数密度达到约 10.6 × 10 21 m -3 . 图 6 空洞数密度随辐照损伤量的变化 Fig.6 Number density of C LAM steel w ith different irradiations 图 7 辐照肿胀率随辐照损伤量的变化 Fig.7 Swelling of C LAM steel w ith different irradiations 空洞是在三维方向形成的缺陷, 伴随着辐照损 伤量的增加, 空洞的数量不断增加 、体积不断增大, 导致被辐照材料的宏观体积增大, 发生辐照肿胀现 象 .图 7 表示肿胀率随辐照损伤量的变化规律, 可 以看出肿胀率随辐照损伤量的增加而增大.经过 1.4dpa 辐照后的肿胀率非常小, 只有约0.007 %;当 经过 3.6 dpa 辐照后, 肿胀率增长速率变快 ;经过 14 · 846 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷