近日，中國科學院近代物理研究所科研人員在MAX相材料中氦離子（He）與重離子共同輻照損傷效應研究中獲得進展，研究揭示了材料中氦行為與輻照損傷的關(guān)系。

　　MAX相材料性能優(yōu)異，兼具陶瓷和金屬的優(yōu)點，未來很有希望應用于環(huán)境極端惡劣的先進核能系統(tǒng)中。在反應堆中，強中子輻照引起材料的移位損傷和嬗變氦元素的摻雜/累積會導致材料性能嚴重退化，威脅到反應堆的安全運行。Ti3AlC2材料作為MAX相材料中的一種典型材料，因具有優(yōu)異的耐輻照性和高的抗氦損傷能力成為研究者們關(guān)注的熱點。 

　　依托近代物理所320kV高電荷態(tài)離子綜合研究平臺和蘭州重離子加速器（HIRFL），科研人員通過氦離子與鐵（Fe）離子順序和逆序輻照實驗，模擬了堆內(nèi)Ti3AlC2材料中氦的摻雜/累積和粒子輻照損傷。 

　　在逆序（Fe+He）輻照實驗中，兩者在材料中產(chǎn)生的輻照效應相對比較獨立，兩者相互影響弱。而在順序（He+Fe）輻照實驗中，預注入的氦離子對后續(xù)鐵離子輻照引起的相變有明顯的抑制作用。研究發(fā)現(xiàn)，當先期注入的氦離子在材料中形成氦氣泡后，隨后的鐵離子輻照則驅(qū)動了氦氣泡的進一步演化，它既可以促進氦氣泡的生長，也可以使氦氣泡重新溶解到材料基體中（這可以提高材料的抗氦氣泡損傷能力）。 

　　氦離子注入和鐵離子輻照實際上互相抑制了對方對材料的輻照損傷，這種效應在材料抗輻照損傷方面將發(fā)揮積極作用。同時，該研究也為深入認識Ti3AlC2材料抗輻照損傷機理提供了新的見解。 

　　相關(guān)成果發(fā)表在Journal of the European Ceramic Society期刊上。研究工作得到了國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、中科院西部之光人才項目和先進能源科學與技術(shù)廣東省實驗室的支持。 

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.08.059

　　圖1：不同輻照條件下Ti3AlC2材料中的相成分含量。（龐立龍/圖） 

　　  圖2：鐵離子輻照驅(qū)動氦氣泡演化機制示意圖，（a） 氦氣泡的生長過程；（b） 氦氣泡的再溶解過程。（龐立龍/圖） 

　　       （核能工程材料室 供稿）