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低活化铁素体/马氏体钢具有较好的抗辐照肿胀性以及良好的机械性能已被列为是未来核聚变堆首选的结构材料,然而在能量高达14MeV的高能中子辐照和氢、氦效应的综合作用下,低活化钢的微观结构和力学性能发生急剧变化,特别是韧/脆转变温度上升。因此必须对低活化钢中微观缺陷捕获氢和氦行为开展深入的实验研究。本文以低活化钢及其主体材料Fe9Cr合金为研究对象,主要通过冷轧形变和离子辐照的方法引入微观缺陷,再采用离子注入的方式引入氢和氦,主要应用正电子湮没技术、透射电镜和热脱附质谱分析技术三种表征技术有机结合起来的方法,发挥各自的优点,深入研究Fe9Cr合金不同类型的微观缺陷捕获氢和氦行为。1、3 keV氦离子辐照和冷轧形变产生了空位和位错等缺陷,这些缺陷充当了氦原子的捕获点。氦从Fe9Cr中的位错和空位中脱附的温度分别是~540℃和205℃-478℃。用简单一级脱附模型算得氦在位错和空位处的脱附能为2.46 eV和1.84-2.06 eV。此外,所有样品的脱附谱中在~865℃处都出现了一个明显的脱附峰,这是因为Fe9Cr在该温度点由BBC相向FCC相发生转变,相变导致氦的脱附。形变样品中大量的位错会导致氦脱附发生迟滞,这是因为氦原子往位错迁移并与之结合形成更高热稳定性的HenD复合体,未来得及脱附出来的氦发生了重吸附现象,导致脱附峰往高温段偏移。也就是说,位错对氦的迁移或脱附具有抑制作用。氢氦之间存在相互作用,注入的氢对氦的聚集成团和氦-空位团形成及长大具有促进作用,并抑制氦的释放。2、正电子湮没谱学研究250 keV氦离子和130 keV氢离子450℃辐照的低活化钢中氢氦原子与微观缺陷的相互作用。慢正电子束测量了样品中空位型缺陷浓度分布,揭示了氢或氦单种离子注入低活化钢后会与辐照产生的空位结合形成(He或H)-V团簇,氦-空位团簇更可能由于热运动逐渐长大形成超压氦-空位团簇。氢促进了先注氦随后注氢(He+H)样品中空位的形成和长大,大多数氢被高压氦-空位团簇捕获而形成压力更大的氦-氢-空位复合团簇(He-H-V cluster),这种复合团簇会挤出正常的晶格原子从而形成更多的空位,致使S参数继续增大。He+H样品的?SHe+H参数大于单注氦样品的?SHe与单注氢样品的?SH参数之和,即,氢氦离子辐照对样品造成的辐照损伤大于单种离子辐照造成的损伤,这种损伤是氢氦协同效应的结果。3、能量为4.5 keV的慢正电子注入到氦辐照Fe9Cr合金中,通过双探头符合多普勒展宽谱检测了氦对湮没点处电子密度的影响。符合多普勒系统大大提高了湮没谱的峰背比,突出了高动量电子信息,因此可以用来有效鉴别湮没点周围的元素信息。我们的实验是CDB初次使用来检测固体材料中气体元素(He)的存在,其结果是令人惊喜的,氦是单壳层电子的元素,正电子对它本身的电子并不敏感,对氦的检测主要依赖于湮没点周围原子的结构和微观排布。多普勒展宽谱,透射电子显微镜和热脱附谱仪被用来鉴别氦的捕获缺陷类型,探测氦在材料中的分布。