中国科学院近代物理研究所(IMP)的研究人员最近揭示了MAX相材料在重离子和氦(He)离子的不同顺序共辐照下的辐照损伤效应。该成果发表在《欧洲陶瓷学会杂志》上。

氦气行为与MAX相材料的辐射损伤之间的关系

MAX相材料具有陶瓷和金属的良好特性，在许多领域显示出巨大的应用潜力。它们的优异性能使它们能够承受极其恶劣的核环境，并使它们有资格成为铅冷快堆的泵叶轮和轴承材料的候选材料。

然而，无论是通过辐射还是通过核反应的嬗变引入的辐照损伤和He的累积，都会使材料严重退化，从而威胁到反应堆的安全运行。Ti3AlC2作为MAX相系列的典型材料，因其出色的抗辐照性和对He的高耐受性而备受关注。

来自IMP的研究人员在320kV高电荷离子多学科研究平台的材料终端和兰州重离子研究设施(HIRFL)进行了辐照实验。在实验中，Ti3AlC2样品被高能铁(Fe)离子和He离子依次反向辐照，以模拟反应堆中Ti3AlC2材料中He和粒子辐照损伤的积累。研究人员发现两种辐照顺序的影响有明显的差异。

在连续的(Fe+He)辐照中，我们发现这两种类型的离子在材料上产生了各自相对独立的辐照效应，它们之间的相互作用很弱。然而，在连续的(He+Fe)辐照中，观察结果却完全相反。与单一的铁离子辐照或顺序的(Fe+He)辐照相比，(He+Fe)辐照保持了较高的原始α相的含量，这表明预先植入的He明显地抑制了后续铁离子辐照引起的相变。还发现后续的铁离子辐照可以促进预先形成的He气泡的演化，这不仅可以引起He气泡的增长，还可以引起He气泡的重新溶解。这将提高Ti3AlC2对He气泡引起的损伤的抵抗力。

该研究表明，He离子植入和Fe离子辐照实际上都能相互抑制对材料的辐照损伤，这可能对减少Ti3AlC2材料的辐照损伤起到积极作用，并为该材料的抗辐照性提供了启示。