420℃环境下30MeV 107Ag5+离子辐照后核石墨的截面微区拉曼表征与缺陷演化规律研究

摘要: 在第四代反应堆中，核石墨作为慢化体和反射体材料服役于高温和高通量的快中子辐照环境中。快中子辐照会在核石墨中产生大量的弗伦克尔缺陷对。这些缺陷经过湮灭、扩散、最终形成更大的缺陷团簇，从而改变核石墨的微观结构，进而改变核石墨的宏观性能。因此，研究核石墨在高温辐照条件下的缺陷演化行为和机理对提高反应堆安全性具有重要意义。本研究采用30 MeV的107Ag5+离子在420 ℃下辐照IG-110核石墨来模拟核石墨在快中子辐照过程中的缺陷演化行为。通过微区拉曼光谱对IG-110核石墨截面结构进行表征，并对比IG-110核石墨不同深度处的拉曼光谱特征参数和辐照损伤剂量之间的关系，研究IG-110微观结构随辐照损伤剂量(DPA, Displacements Per Atom)的演化行为。研究结果表明，随着注量的增加，核石墨拉曼光谱的特征参数D峰高度与G峰高度比值(ID/IG)、G峰半高宽(FWHM(G), Full Width at Half Maximum of the G peak)以及G峰的偏移量都显著增加。与58Ni5+辐照样品相比，相同辐照损伤剂量下， 107Ag5+辐照的石墨拉曼光谱的ID/IG和FWHM(G)更大。相同的FWHM(G)下，107Ag5+辐照的石墨拉曼光谱的ID/IG比58Ni5+辐照样品大。这些结果说明更重的重离子辐照会在核石墨中引起更高速率的缺陷积累，从而更快地导致石墨晶粒尺寸变小，并促进纳米晶化进程。