核能材料的“進化之路”

在核反應堆核心部件的設計中，材料的抗輻射性能直接決定設備壽命與安全性。傳統低活化材料（如鐵素體/馬氏體鋼、釩基合金）雖能減少核廢料放射性，卻存在輻射腫脹、硬化等問題。近年來，體心立方結構高熵合金（BCC-HEA）因獨te的“化學復雜性”和“晶格畸變效應”，展現出優異的抗輻射性能，成為新一代核材料的焦點。中科院高能物理研究所團隊最xin研發的Ti?V??.?Cr??.?Mn??.?Fe??.?Si?高熵合金，通過正電子湮沒譜學等技術，揭示了其在ji端輻射環境下的zhuo越表現。

抗輻射與材料穩定的兩難

傳統合金在高劑量輻射下（如188 dpa，相當于每個原子被撞擊近200次）常出現空洞腫脹和硬化，導致結構失效。而多數高熵合金雖抗輻射性能突出，卻因含鉬、鈮等易活化元素，無法滿足核反應堆低放射性要求。如何設計兼具“低活化”與“高抗輻射”的合金，成為材料科學界的重大挑戰。

技術創新：晶格收縮與缺陷“陷阱”的突破

研究團隊通過500 keV硅離子輻照實驗發現，該高熵合金在188 dpa超高劑量下展現出反常的晶格收縮現象，而非傳統合金的膨脹。正電子湮沒壽命譜測量顯示，合金中空位缺陷濃度顯著高于傳統材料（S參數值降低3.3%），結合多普勒展寬能譜分析（W參數變化揭示析出相界面作用），團隊發現：

1. 高平衡空位濃度：密度泛函理論（DFT）計算表明，合金空位形成能比純金屬低30%-50%，高溫下空位濃度提升超10?倍，成為輻射缺陷的“天然吸收池”。

2. 析出相界面效應：納米級TiFe?Si析出相與基體間的“錯配位錯”形成應力場，將輻射誘導的空位與間隙原子導向界面處湮滅，抑制空洞形成。

正電子技術如何“看見”微觀缺陷？

正電子湮沒譜學通過追蹤正電子在材料中的“壽命”與湮沒光子的能量分布，揭示微觀缺陷：

· 壽命譜儀：測量正電子從注入到湮沒的時間，壽命越長表明缺陷尺寸越大。實驗顯示，該合金輻射后空位團簇尺寸僅3.2納米，遠小于傳統合金。

· 多普勒展寬譜：分析湮沒光子能量展寬，S參數反映低動量電子（空位缺陷），W參數關聯高動量電子（析出相）。數據顯示，該合金在高劑量下仍保持穩定的析出相結構。

核能材料的未來藍圖

該合金在188 dpa輻射下零空洞腫脹，硬化率僅2.2%，遠超傳統材料（如鎳基合金硬化率可達50%）。其性能優勢源于三重機制：高空位濃度、析出相界面缺陷捕獲、高熵合金本征抗輻照特性。這一發現為新一代核反應堆結構材料提供了全新設計思路，有望應用于快中子堆、聚變堆等高輻射環境。

國產正電子譜儀助力材料研究

安徽核芯電子科技有限公司的DPLS-4000數字化正電子湮沒壽命譜儀與DCDB-3000符合多普勒展寬譜儀可精準復現論文中的測試場景：

· DPLS-4000時間分辨率≤190ps，一鍵測量實現材料缺陷快速分析；

· DCDB-3000峰谷比≥3.6×10?，支持S/W參數計算，深度解析電子動量分布。

這項研究發表于《Intermetallics》期刊，標志著我國在核材料領域取得重要突破，為清潔能源發展注入新動能。