Fusion: The Energy of the Universe
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2013
... 核聚变能源装置利用氢同位素原子的聚合反应提供能量，具有原料充足、能量密度高、长半衰期高放射性废物少等技术优势[1].但在可控(热核)聚变反应堆的发展进程中，材料问题一直是影响装置寿命与可靠性的主要瓶颈.以主流的托卡马克(Tokamak)堆型为例，用于屏蔽燃烧等离子体高热负载荷的第一壁与偏滤器部件的服役环境最为严酷.选用材料在服役期间承受高温(773~1723 K)、高热负荷(10~20 MW/m2)、高剂量快中子(14.1 MeV)与氢氦离子的轰击，累积了大量离位损伤(100~150 dpa)和嬗变产物[2]，造成热疲劳、热导率降低、辐照硬化、脆化、肿胀等性能降低问题[3]. ...
Predicting the performance of tungsten in a fusion environment: A literature review
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2017
... 核聚变能源装置利用氢同位素原子的聚合反应提供能量，具有原料充足、能量密度高、长半衰期高放射性废物少等技术优势[1].但在可控(热核)聚变反应堆的发展进程中，材料问题一直是影响装置寿命与可靠性的主要瓶颈.以主流的托卡马克(Tokamak)堆型为例，用于屏蔽燃烧等离子体高热负载荷的第一壁与偏滤器部件的服役环境最为严酷.选用材料在服役期间承受高温(773~1723 K)、高热负荷(10~20 MW/m2)、高剂量快中子(14.1 MeV)与氢氦离子的轰击，累积了大量离位损伤(100~150 dpa)和嬗变产物[2]，造成热疲劳、热导率降低、辐照硬化、脆化、肿胀等性能降低问题[3]. ...
... 实现钨部件在聚变反应堆工况下的服役寿命及可靠性预测，需获得不同回复阶段内(特别是第3~5阶段[2])的辐照缺陷种类、尺寸、数量、空间分布，以及其随时间的变化规律.这些直观、定量的基础性数据积累，有助于微观损伤组织、力学性能等预测模型的验证和完善.Hu等[118]和Ferroni等[119]分别从中子辐照和离子辐照2个角度系统研究了金属W的辐照缺陷热回复过程. ...
Introduction to the special issue on the technical status of materials for a fusion reactor
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2017
... 核聚变能源装置利用氢同位素原子的聚合反应提供能量，具有原料充足、能量密度高、长半衰期高放射性废物少等技术优势[1].但在可控(热核)聚变反应堆的发展进程中，材料问题一直是影响装置寿命与可靠性的主要瓶颈.以主流的托卡马克(Tokamak)堆型为例，用于屏蔽燃烧等离子体高热负载荷的第一壁与偏滤器部件的服役环境最为严酷.选用材料在服役期间承受高温(773~1723 K)、高热负荷(10~20 MW/m2)、高剂量快中子(14.1 MeV)与氢氦离子的轰击，累积了大量离位损伤(100~150 dpa)和嬗变产物[2]，造成热疲劳、热导率降低、辐照硬化、脆化、肿胀等性能降低问题[3]. ...
Review on the EFDA programme on tungsten materials technology and science
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2011
... 金属W及钨基材料，因高熔点(约3680 K)、高溅射阈值、高导热(室温约172 W/(m·K))、抗热冲击性能较好且中子活化产物少等特点，成为了聚变堆面向等离子体部件的主要候选材料[4,5].然而，钨部件的服役依然面临严峻考验，主要表现在3个方面.首先是W的脆性问题[6].W属于bcc结构金属，主要依靠1/2<111>螺位错及其位错线上扭折对的形成与迁移来克服派尔斯能垒(Peierls-barrier)，实现塑性变形.然而一对扭折的形成能高达2.1 eV，塑性变形不易发生[7].此外，金属W的断裂表面能较低，如(110)面仅约为1.3 J/m2[8]，容易引起脆性断裂.基于上述脆性行为分析，吴玉程[9]总结了钨基材料常用的4种增韧路线，即：细化晶粒、添加合金元素、第二相颗粒/纤维增韧和加工变形，并分别从内、外韧化角度阐述了韧性改善的机理.采用上述一种或多种机制增韧后，多数情况下，钨基(多晶)材料的韧-脆转变温度(brittle-ductile transition temperature，BDTT)由600 K左右下降了100~200 K，脆性问题获得一定改善.对于钨部件来说，更严峻的考验来自高温、高剂量中子辐照带来的级联损伤.尽管金属W的离位阈能较高(约70~90 eV[10, 11])，但聚变反应释放的中子能量也非常高，其能量耗散的过程可在晶格中引入高浓度点缺陷，其中的自间隙原子与空位分别汇集成位错环和孔洞等团簇，在高温工况下随着辐照剂量的增加继续演化，构成材料发生辐照硬化、脆化(BDTT升高)与肿胀的主因.第3个考验来源于“杂质”原子的富集，这里特指嬗变反应产物(Re、Os、Ta等)与氢氦等离子体辐照带来的大量氢同位素及其聚变产物氦[12,13].这些“杂质”原子或促进脆性析出物的产生(如ReW、Re3W等[14])，或与级联损伤缺陷相互作用，深度影响着缺陷几何构型、迁移行为、数量与尺寸分布，加剧材料在辐照后的性能降低[13,15~18]. ...
Thermal diffusivity of tungsten irradiated with protons up to 5.8 dpa
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2018
... 金属W及钨基材料，因高熔点(约3680 K)、高溅射阈值、高导热(室温约172 W/(m·K))、抗热冲击性能较好且中子活化产物少等特点，成为了聚变堆面向等离子体部件的主要候选材料[4,5].然而，钨部件的服役依然面临严峻考验，主要表现在3个方面.首先是W的脆性问题[6].W属于bcc结构金属，主要依靠1/2<111>螺位错及其位错线上扭折对的形成与迁移来克服派尔斯能垒(Peierls-barrier)，实现塑性变形.然而一对扭折的形成能高达2.1 eV，塑性变形不易发生[7].此外，金属W的断裂表面能较低，如(110)面仅约为1.3 J/m2[8]，容易引起脆性断裂.基于上述脆性行为分析，吴玉程[9]总结了钨基材料常用的4种增韧路线，即：细化晶粒、添加合金元素、第二相颗粒/纤维增韧和加工变形，并分别从内、外韧化角度阐述了韧性改善的机理.采用上述一种或多种机制增韧后，多数情况下，钨基(多晶)材料的韧-脆转变温度(brittle-ductile transition temperature，BDTT)由600 K左右下降了100~200 K，脆性问题获得一定改善.对于钨部件来说，更严峻的考验来自高温、高剂量中子辐照带来的级联损伤.尽管金属W的离位阈能较高(约70~90 eV[10, 11])，但聚变反应释放的中子能量也非常高，其能量耗散的过程可在晶格中引入高浓度点缺陷，其中的自间隙原子与空位分别汇集成位错环和孔洞等团簇，在高温工况下随着辐照剂量的增加继续演化，构成材料发生辐照硬化、脆化(BDTT升高)与肿胀的主因.第3个考验来源于“杂质”原子的富集，这里特指嬗变反应产物(Re、Os、Ta等)与氢氦等离子体辐照带来的大量氢同位素及其聚变产物氦[12,13].这些“杂质”原子或促进脆性析出物的产生(如ReW、Re3W等[14])，或与级联损伤缺陷相互作用，深度影响着缺陷几何构型、迁移行为、数量与尺寸分布，加剧材料在辐照后的性能降低[13,15~18]. ...
Refract
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2018
... 金属W及钨基材料，因高熔点(约3680 K)、高溅射阈值、高导热(室温约172 W/(m·K))、抗热冲击性能较好且中子活化产物少等特点，成为了聚变堆面向等离子体部件的主要候选材料[4,5].然而，钨部件的服役依然面临严峻考验，主要表现在3个方面.首先是W的脆性问题[6].W属于bcc结构金属，主要依靠1/2<111>螺位错及其位错线上扭折对的形成与迁移来克服派尔斯能垒(Peierls-barrier)，实现塑性变形.然而一对扭折的形成能高达2.1 eV，塑性变形不易发生[7].此外，金属W的断裂表面能较低，如(110)面仅约为1.3 J/m2[8]，容易引起脆性断裂.基于上述脆性行为分析，吴玉程[9]总结了钨基材料常用的4种增韧路线，即：细化晶粒、添加合金元素、第二相颗粒/纤维增韧和加工变形，并分别从内、外韧化角度阐述了韧性改善的机理.采用上述一种或多种机制增韧后，多数情况下，钨基(多晶)材料的韧-脆转变温度(brittle-ductile transition temperature，BDTT)由600 K左右下降了100~200 K，脆性问题获得一定改善.对于钨部件来说，更严峻的考验来自高温、高剂量中子辐照带来的级联损伤.尽管金属W的离位阈能较高(约70~90 eV[10, 11])，但聚变反应释放的中子能量也非常高，其能量耗散的过程可在晶格中引入高浓度点缺陷，其中的自间隙原子与空位分别汇集成位错环和孔洞等团簇，在高温工况下随着辐照剂量的增加继续演化，构成材料发生辐照硬化、脆化(BDTT升高)与肿胀的主因.第3个考验来源于“杂质”原子的富集，这里特指嬗变反应产物(Re、Os、Ta等)与氢氦等离子体辐照带来的大量氢同位素及其聚变产物氦[12,13].这些“杂质”原子或促进脆性析出物的产生(如ReW、Re3W等[14])，或与级联损伤缺陷相互作用，深度影响着缺陷几何构型、迁移行为、数量与尺寸分布，加剧材料在辐照后的性能降低[13,15~18]. ...
Density functional theory models for radiation damage
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2013
... 金属W及钨基材料，因高熔点(约3680 K)、高溅射阈值、高导热(室温约172 W/(m·K))、抗热冲击性能较好且中子活化产物少等特点，成为了聚变堆面向等离子体部件的主要候选材料[4,5].然而，钨部件的服役依然面临严峻考验，主要表现在3个方面.首先是W的脆性问题[6].W属于bcc结构金属，主要依靠1/2<111>螺位错及其位错线上扭折对的形成与迁移来克服派尔斯能垒(Peierls-barrier)，实现塑性变形.然而一对扭折的形成能高达2.1 eV，塑性变形不易发生[7].此外，金属W的断裂表面能较低，如(110)面仅约为1.3 J/m2[8]，容易引起脆性断裂.基于上述脆性行为分析，吴玉程[9]总结了钨基材料常用的4种增韧路线，即：细化晶粒、添加合金元素、第二相颗粒/纤维增韧和加工变形，并分别从内、外韧化角度阐述了韧性改善的机理.采用上述一种或多种机制增韧后，多数情况下，钨基(多晶)材料的韧-脆转变温度(brittle-ductile transition temperature，BDTT)由600 K左右下降了100~200 K，脆性问题获得一定改善.对于钨部件来说，更严峻的考验来自高温、高剂量中子辐照带来的级联损伤.尽管金属W的离位阈能较高(约70~90 eV[10, 11])，但聚变反应释放的中子能量也非常高，其能量耗散的过程可在晶格中引入高浓度点缺陷，其中的自间隙原子与空位分别汇集成位错环和孔洞等团簇，在高温工况下随着辐照剂量的增加继续演化，构成材料发生辐照硬化、脆化(BDTT升高)与肿胀的主因.第3个考验来源于“杂质”原子的富集，这里特指嬗变反应产物(Re、Os、Ta等)与氢氦等离子体辐照带来的大量氢同位素及其聚变产物氦[12,13].这些“杂质”原子或促进脆性析出物的产生(如ReW、Re3W等[14])，或与级联损伤缺陷相互作用，深度影响着缺陷几何构型、迁移行为、数量与尺寸分布，加剧材料在辐照后的性能降低[13,15~18]. ...
Semi-empirical calculation of solid surface tensions in body-centred cubic transition metals
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1986
... 金属W及钨基材料，因高熔点(约3680 K)、高溅射阈值、高导热(室温约172 W/(m·K))、抗热冲击性能较好且中子活化产物少等特点，成为了聚变堆面向等离子体部件的主要候选材料[4,5].然而，钨部件的服役依然面临严峻考验，主要表现在3个方面.首先是W的脆性问题[6].W属于bcc结构金属，主要依靠1/2<111>螺位错及其位错线上扭折对的形成与迁移来克服派尔斯能垒(Peierls-barrier)，实现塑性变形.然而一对扭折的形成能高达2.1 eV，塑性变形不易发生[7].此外，金属W的断裂表面能较低，如(110)面仅约为1.3 J/m2[8]，容易引起脆性断裂.基于上述脆性行为分析，吴玉程[9]总结了钨基材料常用的4种增韧路线，即：细化晶粒、添加合金元素、第二相颗粒/纤维增韧和加工变形，并分别从内、外韧化角度阐述了韧性改善的机理.采用上述一种或多种机制增韧后，多数情况下，钨基(多晶)材料的韧-脆转变温度(brittle-ductile transition temperature，BDTT)由600 K左右下降了100~200 K，脆性问题获得一定改善.对于钨部件来说，更严峻的考验来自高温、高剂量中子辐照带来的级联损伤.尽管金属W的离位阈能较高(约70~90 eV[10, 11])，但聚变反应释放的中子能量也非常高，其能量耗散的过程可在晶格中引入高浓度点缺陷，其中的自间隙原子与空位分别汇集成位错环和孔洞等团簇，在高温工况下随着辐照剂量的增加继续演化，构成材料发生辐照硬化、脆化(BDTT升高)与肿胀的主因.第3个考验来源于“杂质”原子的富集，这里特指嬗变反应产物(Re、Os、Ta等)与氢氦等离子体辐照带来的大量氢同位素及其聚变产物氦[12,13].这些“杂质”原子或促进脆性析出物的产生(如ReW、Re3W等[14])，或与级联损伤缺陷相互作用，深度影响着缺陷几何构型、迁移行为、数量与尺寸分布，加剧材料在辐照后的性能降低[13,15~18]. ...
面向等离子体W材料改善韧性的方法与机制
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2019
... 金属W及钨基材料，因高熔点(约3680 K)、高溅射阈值、高导热(室温约172 W/(m·K))、抗热冲击性能较好且中子活化产物少等特点，成为了聚变堆面向等离子体部件的主要候选材料[4,5].然而，钨部件的服役依然面临严峻考验，主要表现在3个方面.首先是W的脆性问题[6].W属于bcc结构金属，主要依靠1/2<111>螺位错及其位错线上扭折对的形成与迁移来克服派尔斯能垒(Peierls-barrier)，实现塑性变形.然而一对扭折的形成能高达2.1 eV，塑性变形不易发生[7].此外，金属W的断裂表面能较低，如(110)面仅约为1.3 J/m2[8]，容易引起脆性断裂.基于上述脆性行为分析，吴玉程[9]总结了钨基材料常用的4种增韧路线，即：细化晶粒、添加合金元素、第二相颗粒/纤维增韧和加工变形，并分别从内、外韧化角度阐述了韧性改善的机理.采用上述一种或多种机制增韧后，多数情况下，钨基(多晶)材料的韧-脆转变温度(brittle-ductile transition temperature，BDTT)由600 K左右下降了100~200 K，脆性问题获得一定改善.对于钨部件来说，更严峻的考验来自高温、高剂量中子辐照带来的级联损伤.尽管金属W的离位阈能较高(约70~90 eV[10, 11])，但聚变反应释放的中子能量也非常高，其能量耗散的过程可在晶格中引入高浓度点缺陷，其中的自间隙原子与空位分别汇集成位错环和孔洞等团簇，在高温工况下随着辐照剂量的增加继续演化，构成材料发生辐照硬化、脆化(BDTT升高)与肿胀的主因.第3个考验来源于“杂质”原子的富集，这里特指嬗变反应产物(Re、Os、Ta等)与氢氦等离子体辐照带来的大量氢同位素及其聚变产物氦[12,13].这些“杂质”原子或促进脆性析出物的产生(如ReW、Re3W等[14])，或与级联损伤缺陷相互作用，深度影响着缺陷几何构型、迁移行为、数量与尺寸分布，加剧材料在辐照后的性能降低[13,15~18]. ...
面向等离子体W材料改善韧性的方法与机制
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2019
... 金属W及钨基材料，因高熔点(约3680 K)、高溅射阈值、高导热(室温约172 W/(m·K))、抗热冲击性能较好且中子活化产物少等特点，成为了聚变堆面向等离子体部件的主要候选材料[4,5].然而，钨部件的服役依然面临严峻考验，主要表现在3个方面.首先是W的脆性问题[6].W属于bcc结构金属，主要依靠1/2<111>螺位错及其位错线上扭折对的形成与迁移来克服派尔斯能垒(Peierls-barrier)，实现塑性变形.然而一对扭折的形成能高达2.1 eV，塑性变形不易发生[7].此外，金属W的断裂表面能较低，如(110)面仅约为1.3 J/m2[8]，容易引起脆性断裂.基于上述脆性行为分析，吴玉程[9]总结了钨基材料常用的4种增韧路线，即：细化晶粒、添加合金元素、第二相颗粒/纤维增韧和加工变形，并分别从内、外韧化角度阐述了韧性改善的机理.采用上述一种或多种机制增韧后，多数情况下，钨基(多晶)材料的韧-脆转变温度(brittle-ductile transition temperature，BDTT)由600 K左右下降了100~200 K，脆性问题获得一定改善.对于钨部件来说，更严峻的考验来自高温、高剂量中子辐照带来的级联损伤.尽管金属W的离位阈能较高(约70~90 eV[10, 11])，但聚变反应释放的中子能量也非常高，其能量耗散的过程可在晶格中引入高浓度点缺陷，其中的自间隙原子与空位分别汇集成位错环和孔洞等团簇，在高温工况下随着辐照剂量的增加继续演化，构成材料发生辐照硬化、脆化(BDTT升高)与肿胀的主因.第3个考验来源于“杂质”原子的富集，这里特指嬗变反应产物(Re、Os、Ta等)与氢氦等离子体辐照带来的大量氢同位素及其聚变产物氦[12,13].这些“杂质”原子或促进脆性析出物的产生(如ReW、Re3W等[14])，或与级联损伤缺陷相互作用，深度影响着缺陷几何构型、迁移行为、数量与尺寸分布，加剧材料在辐照后的性能降低[13,15~18]. ...
Improving atomic displacement and replacement calculations with physically realistic damage models
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2018
... 金属W及钨基材料，因高熔点(约3680 K)、高溅射阈值、高导热(室温约172 W/(m·K))、抗热冲击性能较好且中子活化产物少等特点，成为了聚变堆面向等离子体部件的主要候选材料[4,5].然而，钨部件的服役依然面临严峻考验，主要表现在3个方面.首先是W的脆性问题[6].W属于bcc结构金属，主要依靠1/2<111>螺位错及其位错线上扭折对的形成与迁移来克服派尔斯能垒(Peierls-barrier)，实现塑性变形.然而一对扭折的形成能高达2.1 eV，塑性变形不易发生[7].此外，金属W的断裂表面能较低，如(110)面仅约为1.3 J/m2[8]，容易引起脆性断裂.基于上述脆性行为分析，吴玉程[9]总结了钨基材料常用的4种增韧路线，即：细化晶粒、添加合金元素、第二相颗粒/纤维增韧和加工变形，并分别从内、外韧化角度阐述了韧性改善的机理.采用上述一种或多种机制增韧后，多数情况下，钨基(多晶)材料的韧-脆转变温度(brittle-ductile transition temperature，BDTT)由600 K左右下降了100~200 K，脆性问题获得一定改善.对于钨部件来说，更严峻的考验来自高温、高剂量中子辐照带来的级联损伤.尽管金属W的离位阈能较高(约70~90 eV[10, 11])，但聚变反应释放的中子能量也非常高，其能量耗散的过程可在晶格中引入高浓度点缺陷，其中的自间隙原子与空位分别汇集成位错环和孔洞等团簇，在高温工况下随着辐照剂量的增加继续演化，构成材料发生辐照硬化、脆化(BDTT升高)与肿胀的主因.第3个考验来源于“杂质”原子的富集，这里特指嬗变反应产物(Re、Os、Ta等)与氢氦等离子体辐照带来的大量氢同位素及其聚变产物氦[12,13].这些“杂质”原子或促进脆性析出物的产生(如ReW、Re3W等[14])，或与级联损伤缺陷相互作用，深度影响着缺陷几何构型、迁移行为、数量与尺寸分布，加剧材料在辐照后的性能降低[13,15~18]. ...
... 载能中子与晶格原子发生碰撞，若传递能量超过点阵中原子的离位阈能(Ed)，可造成原子的初级离位(primary knock-on atom，PKA)，经逐级延续，形成碰撞级联.级联过程非常短，碰撞、热峰和淬火3个阶段加起来仅几个皮秒[23]，但期间产生的Frenkel缺陷(空位-间隙原子对)构成金属W在聚变堆内服役时辐照缺陷的主要来源.原子位移次数 (displacements per atom，简称“dpa”) 是基于级联过程产生的Frenkel缺陷数量而给出的描述晶体离位损伤的指标[24].作为主要参数，Ed在估算“dpa”的Kinchin-Pease (K-P)模型[24]和Norgett-Robinson-Torrens (NRT)模型[25]中均被处理为单一常数.事实上，Ed与载能粒子入射的晶体学方向密切相关[23].基于原位电子辐照实验观察[26]，金属W的Ed在<100>方向最低，约41~43 eV；而在<110>方向最高，约70~80 eV.可见基于K-P和NRT模型计算“dpa”时，Ed应取为所有晶体学取向离位阈能的平均值.ASTM标准建议计算金属W的“dpa”时取Ed =90 eV[11]，目前被大多数辐照损伤研究人员采用.Nordlund等[10]基于最新的分子动力学计算结果指出这一数值偏高，建议Ed =70 eV. ...
... “dpa”未考虑缺陷复合等问题[10]，不能直观、准确地描述晶体的离位损伤.为深入研究级联效应，并与材料的服役性能建立联系，仅有“dpa”远远不够，还需获得关于缺陷、微观损伤结构的信息.材料的中子辐照实验一般较难开展，辐照后材料的微结构表征和性能测试则需要特殊的实验条件.为高效、深入研究金属W的中子辐照级联损伤，通常采用载能重核离子来模拟中子PKA的损伤行为及影响.值得注意的是，金属W在聚变堆服役环境下的中子PKA种类众多且能谱范围很宽(10~107 eV)[27].无论是加速器辐照实验还是基于二体碰撞近似(binary-collision approximation，BCA)、分子动力学(molecular dynamics，MD)等方法的级联损伤模拟[28]，只能逐个研究不同能量PKA的损伤影响，难以覆盖金属W中所有PKA类型.Gilbert等[27,29,30]综合了聚变堆中子能谱和最新的中子核数据库，基于散射矩阵转换法(SPECTRA-PKA程序)计算得到了聚变示范堆(DEMO)第一壁纯W部件的PKA能谱，比较了不同能量PKA对应的Frenkel缺陷产率.结果发现，相比嬗变产物贡献的PKA，纯W中自初级碰撞原子(self-PKA)的贡献率最大，且接近100%.而在自初级碰撞原子中，约100 keV能量对应的Frenkel缺陷产率最高，达到约4×1014 FP/(s·cm3) (FP—Frenkel pair).这项工作为中子级联损伤的模拟研究提供了指导，筛选出了损伤影响最大的PKA类型，并且可以处理钨部件在聚变堆内不同服役位置、服役周期的级联损伤情况. ...
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2009
... 金属W及钨基材料，因高熔点(约3680 K)、高溅射阈值、高导热(室温约172 W/(m·K))、抗热冲击性能较好且中子活化产物少等特点，成为了聚变堆面向等离子体部件的主要候选材料[4,5].然而，钨部件的服役依然面临严峻考验，主要表现在3个方面.首先是W的脆性问题[6].W属于bcc结构金属，主要依靠1/2<111>螺位错及其位错线上扭折对的形成与迁移来克服派尔斯能垒(Peierls-barrier)，实现塑性变形.然而一对扭折的形成能高达2.1 eV，塑性变形不易发生[7].此外，金属W的断裂表面能较低，如(110)面仅约为1.3 J/m2[8]，容易引起脆性断裂.基于上述脆性行为分析，吴玉程[9]总结了钨基材料常用的4种增韧路线，即：细化晶粒、添加合金元素、第二相颗粒/纤维增韧和加工变形，并分别从内、外韧化角度阐述了韧性改善的机理.采用上述一种或多种机制增韧后，多数情况下，钨基(多晶)材料的韧-脆转变温度(brittle-ductile transition temperature，BDTT)由600 K左右下降了100~200 K，脆性问题获得一定改善.对于钨部件来说，更严峻的考验来自高温、高剂量中子辐照带来的级联损伤.尽管金属W的离位阈能较高(约70~90 eV[10, 11])，但聚变反应释放的中子能量也非常高，其能量耗散的过程可在晶格中引入高浓度点缺陷，其中的自间隙原子与空位分别汇集成位错环和孔洞等团簇，在高温工况下随着辐照剂量的增加继续演化，构成材料发生辐照硬化、脆化(BDTT升高)与肿胀的主因.第3个考验来源于“杂质”原子的富集，这里特指嬗变反应产物(Re、Os、Ta等)与氢氦等离子体辐照带来的大量氢同位素及其聚变产物氦[12,13].这些“杂质”原子或促进脆性析出物的产生(如ReW、Re3W等[14])，或与级联损伤缺陷相互作用，深度影响着缺陷几何构型、迁移行为、数量与尺寸分布，加剧材料在辐照后的性能降低[13,15~18]. ...
... 载能中子与晶格原子发生碰撞，若传递能量超过点阵中原子的离位阈能(Ed)，可造成原子的初级离位(primary knock-on atom，PKA)，经逐级延续，形成碰撞级联.级联过程非常短，碰撞、热峰和淬火3个阶段加起来仅几个皮秒[23]，但期间产生的Frenkel缺陷(空位-间隙原子对)构成金属W在聚变堆内服役时辐照缺陷的主要来源.原子位移次数 (displacements per atom，简称“dpa”) 是基于级联过程产生的Frenkel缺陷数量而给出的描述晶体离位损伤的指标[24].作为主要参数，Ed在估算“dpa”的Kinchin-Pease (K-P)模型[24]和Norgett-Robinson-Torrens (NRT)模型[25]中均被处理为单一常数.事实上，Ed与载能粒子入射的晶体学方向密切相关[23].基于原位电子辐照实验观察[26]，金属W的Ed在<100>方向最低，约41~43 eV；而在<110>方向最高，约70~80 eV.可见基于K-P和NRT模型计算“dpa”时，Ed应取为所有晶体学取向离位阈能的平均值.ASTM标准建议计算金属W的“dpa”时取Ed =90 eV[11]，目前被大多数辐照损伤研究人员采用.Nordlund等[10]基于最新的分子动力学计算结果指出这一数值偏高，建议Ed =70 eV. ...
Neutron-induced transmutation effects in W and W-alloys in a fusion environment
4
2011
... 金属W及钨基材料，因高熔点(约3680 K)、高溅射阈值、高导热(室温约172 W/(m·K))、抗热冲击性能较好且中子活化产物少等特点，成为了聚变堆面向等离子体部件的主要候选材料[4,5].然而，钨部件的服役依然面临严峻考验，主要表现在3个方面.首先是W的脆性问题[6].W属于bcc结构金属，主要依靠1/2<111>螺位错及其位错线上扭折对的形成与迁移来克服派尔斯能垒(Peierls-barrier)，实现塑性变形.然而一对扭折的形成能高达2.1 eV，塑性变形不易发生[7].此外，金属W的断裂表面能较低，如(110)面仅约为1.3 J/m2[8]，容易引起脆性断裂.基于上述脆性行为分析，吴玉程[9]总结了钨基材料常用的4种增韧路线，即：细化晶粒、添加合金元素、第二相颗粒/纤维增韧和加工变形，并分别从内、外韧化角度阐述了韧性改善的机理.采用上述一种或多种机制增韧后，多数情况下，钨基(多晶)材料的韧-脆转变温度(brittle-ductile transition temperature，BDTT)由600 K左右下降了100~200 K，脆性问题获得一定改善.对于钨部件来说，更严峻的考验来自高温、高剂量中子辐照带来的级联损伤.尽管金属W的离位阈能较高(约70~90 eV[10, 11])，但聚变反应释放的中子能量也非常高，其能量耗散的过程可在晶格中引入高浓度点缺陷，其中的自间隙原子与空位分别汇集成位错环和孔洞等团簇，在高温工况下随着辐照剂量的增加继续演化，构成材料发生辐照硬化、脆化(BDTT升高)与肿胀的主因.第3个考验来源于“杂质”原子的富集，这里特指嬗变反应产物(Re、Os、Ta等)与氢氦等离子体辐照带来的大量氢同位素及其聚变产物氦[12,13].这些“杂质”原子或促进脆性析出物的产生(如ReW、Re3W等[14])，或与级联损伤缺陷相互作用，深度影响着缺陷几何构型、迁移行为、数量与尺寸分布，加剧材料在辐照后的性能降低[13,15~18]. ...
... 金属W及钨基材料中的合金元素，或源于材料设计改性需求(如添加Cr、Y改善高温抗氧化性能；添加K提高抗冲击韧性)，或源于聚变堆服役工况下持续进行的核嬗变反应[87].以下重点讨论嬗变/合金元素对辐照缺陷及损伤组织演化的影响.据中子学模拟预测，在聚变堆第一壁工况下服役5年时间，纯W部件将转变为含3%Re (原子分数，下同)、1.4%Os和0.9%Ta的钨基合金[12].这些新组元通过对辐照缺陷的捕获，约束其动态行为，导致缺陷团簇平均尺寸减小，分布收窄，数密度迅速累积至饱和，几何构型比例发生变化[47,76]；与此同时，自身出现不同程度的偏聚析出，构成金属W辐照硬化和脆化的重要来源[78]. ...
... 由于金属W中的核嬗变反应主要遵循W→Re→Os路径(部分W同位素→Ta)[12]，聚变堆服役初期辐照缺陷及损伤组织的演化首先受到Re的影响.Wróbel等[88]通过第一性原理计算指出，Re原子对单空位的结合能为0.183 eV；而当满足一定的Re/空位比(2.4~6.6)时，Re原子与空位团簇的结合能可高达1.5 eV.这说明尽管Re在金属W中的热平衡固溶度非常高(最大30%[89]，原子分数)，但仍能通过对高浓度辐照空位的捕获，在W-Re稀固溶体中发生反常偏聚.空位的参与也大幅降低了局部晶格畸变.Xu等[90]在W-2%Re (原子分数)的高能重核离子辐照实验中发现，773 K、33 dpa条件下形成了平均尺寸约3 nm的Re原子团簇，在<110>带轴下与W基体保持共格关系.类似的Re原子偏聚行为也在W-(5~26)%Re (质量分数)模型合金的快堆中子辐照实验(673~1023 K，0.17~1.54 dpa)中得到证实[14,77].Re/空位比对结合能的影响本质上抑制了辐照孔洞的生长，但促进了Re原子的偏聚和析出形核.损伤组织出现片状或针状σ-ReW和χ-Re3W脆性相，并且平均尺寸随辐照温度和剂量的升高持续增大[14,77]. ...
... 一部分嬗变产物Re继续衰变转化为Os[12].Os与Re的特性非常接近，但对辐照空位和自间隙缺陷均表现出更强的捕获能力，结合能分别达到0.53 eV和1.65~1.87 eV[15,91,92].辐照缺陷及损伤组织的演化因此出现逆转.Hu等[16]以热中子堆实验模拟聚变堆工况下纯W试样中的嬗变效应，结果发现Re与Os累积浓度比仅28∶1时，Os原子即可发生择优偏聚，并对Re原子的偏聚有强抑制作用，形成类核壳结构的W-Os-Re纳米团簇.上述结论与W-Re/Os、W-Re-Os模型合金的快堆中子、高能离子辐照实验结果高度一致[14,77,90].与Re相比，Os对辐照缺陷更强的捕获能力使得其脆性析出核心的结构更稳定，同等辐照条件下析出动力学过程加速，辐照硬化增加1~2倍[16, 93]. ...
Neutron-induced dpa, transmutations, gas production, and helium embrittlement of fusion materials
2
2013
... 金属W及钨基材料，因高熔点(约3680 K)、高溅射阈值、高导热(室温约172 W/(m·K))、抗热冲击性能较好且中子活化产物少等特点，成为了聚变堆面向等离子体部件的主要候选材料[4,5].然而，钨部件的服役依然面临严峻考验，主要表现在3个方面.首先是W的脆性问题[6].W属于bcc结构金属，主要依靠1/2<111>螺位错及其位错线上扭折对的形成与迁移来克服派尔斯能垒(Peierls-barrier)，实现塑性变形.然而一对扭折的形成能高达2.1 eV，塑性变形不易发生[7].此外，金属W的断裂表面能较低，如(110)面仅约为1.3 J/m2[8]，容易引起脆性断裂.基于上述脆性行为分析，吴玉程[9]总结了钨基材料常用的4种增韧路线，即：细化晶粒、添加合金元素、第二相颗粒/纤维增韧和加工变形，并分别从内、外韧化角度阐述了韧性改善的机理.采用上述一种或多种机制增韧后，多数情况下，钨基(多晶)材料的韧-脆转变温度(brittle-ductile transition temperature，BDTT)由600 K左右下降了100~200 K，脆性问题获得一定改善.对于钨部件来说，更严峻的考验来自高温、高剂量中子辐照带来的级联损伤.尽管金属W的离位阈能较高(约70~90 eV[10, 11])，但聚变反应释放的中子能量也非常高，其能量耗散的过程可在晶格中引入高浓度点缺陷，其中的自间隙原子与空位分别汇集成位错环和孔洞等团簇，在高温工况下随着辐照剂量的增加继续演化，构成材料发生辐照硬化、脆化(BDTT升高)与肿胀的主因.第3个考验来源于“杂质”原子的富集，这里特指嬗变反应产物(Re、Os、Ta等)与氢氦等离子体辐照带来的大量氢同位素及其聚变产物氦[12,13].这些“杂质”原子或促进脆性析出物的产生(如ReW、Re3W等[14])，或与级联损伤缺陷相互作用，深度影响着缺陷几何构型、迁移行为、数量与尺寸分布，加剧材料在辐照后的性能降低[13,15~18]. ...
... [13,15~18]. ...
Effects of transmutation elements on neutron irradiation hardening of tungsten
8
2007
... 金属W及钨基材料，因高熔点(约3680 K)、高溅射阈值、高导热(室温约172 W/(m·K))、抗热冲击性能较好且中子活化产物少等特点，成为了聚变堆面向等离子体部件的主要候选材料[4,5].然而，钨部件的服役依然面临严峻考验，主要表现在3个方面.首先是W的脆性问题[6].W属于bcc结构金属，主要依靠1/2<111>螺位错及其位错线上扭折对的形成与迁移来克服派尔斯能垒(Peierls-barrier)，实现塑性变形.然而一对扭折的形成能高达2.1 eV，塑性变形不易发生[7].此外，金属W的断裂表面能较低，如(110)面仅约为1.3 J/m2[8]，容易引起脆性断裂.基于上述脆性行为分析，吴玉程[9]总结了钨基材料常用的4种增韧路线，即：细化晶粒、添加合金元素、第二相颗粒/纤维增韧和加工变形，并分别从内、外韧化角度阐述了韧性改善的机理.采用上述一种或多种机制增韧后，多数情况下，钨基(多晶)材料的韧-脆转变温度(brittle-ductile transition temperature，BDTT)由600 K左右下降了100~200 K，脆性问题获得一定改善.对于钨部件来说，更严峻的考验来自高温、高剂量中子辐照带来的级联损伤.尽管金属W的离位阈能较高(约70~90 eV[10, 11])，但聚变反应释放的中子能量也非常高，其能量耗散的过程可在晶格中引入高浓度点缺陷，其中的自间隙原子与空位分别汇集成位错环和孔洞等团簇，在高温工况下随着辐照剂量的增加继续演化，构成材料发生辐照硬化、脆化(BDTT升高)与肿胀的主因.第3个考验来源于“杂质”原子的富集，这里特指嬗变反应产物(Re、Os、Ta等)与氢氦等离子体辐照带来的大量氢同位素及其聚变产物氦[12,13].这些“杂质”原子或促进脆性析出物的产生(如ReW、Re3W等[14])，或与级联损伤缺陷相互作用，深度影响着缺陷几何构型、迁移行为、数量与尺寸分布，加剧材料在辐照后的性能降低[13,15~18]. ...
... Yi等[76]基于2 MeV W+离子辐照实验和透射电镜显微缺陷分析，定量描述了金属W在不同温度(573~1023 K)和剂量(0.4~30 dpa)条件下的辐照损伤演化规律，揭示了辐照缺陷群体的数量、分布、尺寸、几何构型和间隙-空位类型的辐照温度、剂量依存性.其中，辐照缺陷数量、分布和尺寸受温度、剂量协同作用影响显著.当辐照剂量超出临界值时，缺陷的数量规模呈现饱和，并在较低温度下更快达到饱和.例如当辐照温度Tirr =773 K时，临界饱和剂量约为3.6 dpa；而573 K时，临界饱和剂量降低至约1.2 dpa.Tirr ≥773 K或剂量(≥1.2 dpa)的升高还可促进损伤组织的非均匀演化，加速位错环筏形组态的形成和位错环尺寸粗化.辐照缺陷的几何构型以及间隙-空位类型主要受辐照温度影响，对辐照剂量的依存性较弱.由573 K升至1023 K，辐照位错环中1/2<111>的占比由80%增加至90%以上，其中间隙类型的比例由约50%增加至约95%.Tanno等[77]和Hasegawa等[78~80]综合日本JOYO快堆中子辐照数据，定性绘制了金属W的中子辐照损伤演化图谱(673~1023 K，0.17~1.54 dpa).从中子能谱特点来看，快堆的辐照条件接近聚变堆工况，比较适合模拟高能聚变中子的级联损伤效应.在低温(Tirr ≤773 K)、低剂量区间(<0.5 dpa)，辐照缺陷群体以孔洞为主，伴有少量位错环；而在高温(Tirr >773 K)、高剂量(≥0.5 dpa)区间，孔洞的平均尺寸增加逾3倍；其中在1 dpa左右，孔洞几乎完全取代位错环，并排列形成超点阵结构.他们预测[14,79]，当中子辐照剂量超10 dpa时，金属W中嬗变产物Re、Os的累积效应将不可忽略，可抑制孔洞的长大和有序排列，同时促进大量脆性相析出. ...
... 有关辐照剂量率的影响需结合同种辐照源和异种辐照源2种前提综合讨论.Chrominski等[81]和Schwarz-Selinger等[82]基于20 MeV W6+离子辐照研究了退火态纯W (99.97%，质量分数)在室温(RT)~800 K、0.23 dpa条件下的缺陷组态、密度(或浓度)随辐照剂量率的变化规律.发现，当辐照剂量率由4.1×10-6 dpa/s升高至5.0×10-3 dpa/s时，辐照样品中位错环的数密度增加近2倍，空间分布从离散状态转变为高度缠结的网络；但辐照样品的氘滞留总量并未出现显著变化，间接反映了此时辐照剂量率对辐照空位浓度的影响可能较小.高能重核离子辐照具有低感生放射性，在机理研究与材料筛选方面应用广泛，但辐照剂量率通常高出聚变堆服役工况3~4个量级[83]，由此引起研究人员对中子-离子辐照等效性问题的关注[84].值得注意的是，不同辐照源之间的辐照损伤组织比较本质上耦合了辐照剂量率和入射粒子的能谱差异影响.图3选取了日本JOYO快堆[14,85]、美国HFIR堆[86]及2 MeV W+离子束[76] 3种情况低剂量辐照数据进行分析，比较了相近辐照温度、剂量条件下纯W辐照缺陷的数密度(位错环或孔洞数量/(m3·dpa)).其中HFIR堆辐照热中子占比高，尽管辐照剂量率处于10-7 dpa/s量级，辐照点缺陷易与嬗变产物结合(详见2.3节)，该辐照条件下的位错环及孔洞数密度与缺陷复合程度高的2 MeV W+离子辐照情况相近.JOYO快堆的辐照剂量率在10-7~10-6 dpa/s范围，但中子能谱更接近聚变堆，嬗变反应产物较少，碰撞级联过程产生的高浓度点缺陷、特别是辐照空位经合并长大演化为孔洞，数密度达到1023~1024量级. ...
... [
14,
76,
85,
86]
Dose rate effect upon radiation defect densities (loops or voids) in tungsten (Neutron irradiations: HFIR, 0.6 dpa, 363-997 K<sup>[<xref ref-type="bibr" rid="R86">86</xref>]</sup>; JOYO, 0.17-0.44 dpa, 804-1029 K<sup>[<xref ref-type="bibr" rid="R14">14</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="R85">85</xref>]</sup>; ion irradiation: 2 MeV W<sup>+</sup>, 0.4 dpa, 573-773 K and 1.2 dpa, 1023 K<sup>[<xref ref-type="bibr" rid="R76">76</xref>]</sup>)Fig.3<strong>2.3 </strong>合金元素的影响金属W及钨基材料中的合金元素，或源于材料设计改性需求(如添加Cr、Y改善高温抗氧化性能；添加K提高抗冲击韧性)，或源于聚变堆服役工况下持续进行的核嬗变反应[87].以下重点讨论嬗变/合金元素对辐照缺陷及损伤组织演化的影响.据中子学模拟预测，在聚变堆第一壁工况下服役5年时间，纯W部件将转变为含3%Re (原子分数，下同)、1.4%Os和0.9%Ta的钨基合金[12].这些新组元通过对辐照缺陷的捕获，约束其动态行为，导致缺陷团簇平均尺寸减小，分布收窄，数密度迅速累积至饱和，几何构型比例发生变化[47,76]；与此同时，自身出现不同程度的偏聚析出，构成金属W辐照硬化和脆化的重要来源[78]. ...
... [
14,
85]; ion irradiation: 2 MeV W
+, 0.4 dpa, 573-773 K and 1.2 dpa, 1023 K
[76])
Fig.3<strong>2.3 </strong>合金元素的影响金属W及钨基材料中的合金元素，或源于材料设计改性需求(如添加Cr、Y改善高温抗氧化性能；添加K提高抗冲击韧性)，或源于聚变堆服役工况下持续进行的核嬗变反应[87].以下重点讨论嬗变/合金元素对辐照缺陷及损伤组织演化的影响.据中子学模拟预测，在聚变堆第一壁工况下服役5年时间，纯W部件将转变为含3%Re (原子分数，下同)、1.4%Os和0.9%Ta的钨基合金[12].这些新组元通过对辐照缺陷的捕获，约束其动态行为，导致缺陷团簇平均尺寸减小，分布收窄，数密度迅速累积至饱和，几何构型比例发生变化[47,76]；与此同时，自身出现不同程度的偏聚析出，构成金属W辐照硬化和脆化的重要来源[78]. ...
... 由于金属W中的核嬗变反应主要遵循W→Re→Os路径(部分W同位素→Ta)[12]，聚变堆服役初期辐照缺陷及损伤组织的演化首先受到Re的影响.Wróbel等[88]通过第一性原理计算指出，Re原子对单空位的结合能为0.183 eV；而当满足一定的Re/空位比(2.4~6.6)时，Re原子与空位团簇的结合能可高达1.5 eV.这说明尽管Re在金属W中的热平衡固溶度非常高(最大30%[89]，原子分数)，但仍能通过对高浓度辐照空位的捕获，在W-Re稀固溶体中发生反常偏聚.空位的参与也大幅降低了局部晶格畸变.Xu等[90]在W-2%Re (原子分数)的高能重核离子辐照实验中发现，773 K、33 dpa条件下形成了平均尺寸约3 nm的Re原子团簇，在<110>带轴下与W基体保持共格关系.类似的Re原子偏聚行为也在W-(5~26)%Re (质量分数)模型合金的快堆中子辐照实验(673~1023 K，0.17~1.54 dpa)中得到证实[14,77].Re/空位比对结合能的影响本质上抑制了辐照孔洞的生长，但促进了Re原子的偏聚和析出形核.损伤组织出现片状或针状σ-ReW和χ-Re3W脆性相，并且平均尺寸随辐照温度和剂量的升高持续增大[14,77]. ...
... [14,77]. ...
... 一部分嬗变产物Re继续衰变转化为Os[12].Os与Re的特性非常接近，但对辐照空位和自间隙缺陷均表现出更强的捕获能力，结合能分别达到0.53 eV和1.65~1.87 eV[15,91,92].辐照缺陷及损伤组织的演化因此出现逆转.Hu等[16]以热中子堆实验模拟聚变堆工况下纯W试样中的嬗变效应，结果发现Re与Os累积浓度比仅28∶1时，Os原子即可发生择优偏聚，并对Re原子的偏聚有强抑制作用，形成类核壳结构的W-Os-Re纳米团簇.上述结论与W-Re/Os、W-Re-Os模型合金的快堆中子、高能离子辐照实验结果高度一致[14,77,90].与Re相比，Os对辐照缺陷更强的捕获能力使得其脆性析出核心的结构更稳定，同等辐照条件下析出动力学过程加速，辐照硬化增加1~2倍[16, 93]. ...
First-principles calculations of transition metal-solute interactions with point defects in tungsten
7
2014
... 金属W及钨基材料，因高熔点(约3680 K)、高溅射阈值、高导热(室温约172 W/(m·K))、抗热冲击性能较好且中子活化产物少等特点，成为了聚变堆面向等离子体部件的主要候选材料[4,5].然而，钨部件的服役依然面临严峻考验，主要表现在3个方面.首先是W的脆性问题[6].W属于bcc结构金属，主要依靠1/2<111>螺位错及其位错线上扭折对的形成与迁移来克服派尔斯能垒(Peierls-barrier)，实现塑性变形.然而一对扭折的形成能高达2.1 eV，塑性变形不易发生[7].此外，金属W的断裂表面能较低，如(110)面仅约为1.3 J/m2[8]，容易引起脆性断裂.基于上述脆性行为分析，吴玉程[9]总结了钨基材料常用的4种增韧路线，即：细化晶粒、添加合金元素、第二相颗粒/纤维增韧和加工变形，并分别从内、外韧化角度阐述了韧性改善的机理.采用上述一种或多种机制增韧后，多数情况下，钨基(多晶)材料的韧-脆转变温度(brittle-ductile transition temperature，BDTT)由600 K左右下降了100~200 K，脆性问题获得一定改善.对于钨部件来说，更严峻的考验来自高温、高剂量中子辐照带来的级联损伤.尽管金属W的离位阈能较高(约70~90 eV[10, 11])，但聚变反应释放的中子能量也非常高，其能量耗散的过程可在晶格中引入高浓度点缺陷，其中的自间隙原子与空位分别汇集成位错环和孔洞等团簇，在高温工况下随着辐照剂量的增加继续演化，构成材料发生辐照硬化、脆化(BDTT升高)与肿胀的主因.第3个考验来源于“杂质”原子的富集，这里特指嬗变反应产物(Re、Os、Ta等)与氢氦等离子体辐照带来的大量氢同位素及其聚变产物氦[12,13].这些“杂质”原子或促进脆性析出物的产生(如ReW、Re3W等[14])，或与级联损伤缺陷相互作用，深度影响着缺陷几何构型、迁移行为、数量与尺寸分布，加剧材料在辐照后的性能降低[13,15~18]. ...
... Re原子也可以捕获辐照引入的自间隙缺陷，在金属W中形成<111>的W-Re混合挤子或<110>的W-Re混合哑铃.具体哪一种构型更稳定尚存在争议[15,91,92].尽管如此，Re原子对上述2种构型的辐照间隙缺陷均有强吸引作用，结合能达到0.79~0.82 eV[15,91,92].在纯W和W-5%Re (质量分数)的原位重核离子辐照实验中，研究人员发现了与此特征相吻合的现象.1/2<111>间隙型位错环的长程迁移和长大在W-5%Re中均受到显著抑制，体现了Re原子对自间隙缺陷及团簇扩散、迁移的钉扎和拖拽作用[47]. ...
... [15,91,92].在纯W和W-5%Re (质量分数)的原位重核离子辐照实验中，研究人员发现了与此特征相吻合的现象.1/2<111>间隙型位错环的长程迁移和长大在W-5%Re中均受到显著抑制，体现了Re原子对自间隙缺陷及团簇扩散、迁移的钉扎和拖拽作用[47]. ...
... 一部分嬗变产物Re继续衰变转化为Os[12].Os与Re的特性非常接近，但对辐照空位和自间隙缺陷均表现出更强的捕获能力，结合能分别达到0.53 eV和1.65~1.87 eV[15,91,92].辐照缺陷及损伤组织的演化因此出现逆转.Hu等[16]以热中子堆实验模拟聚变堆工况下纯W试样中的嬗变效应，结果发现Re与Os累积浓度比仅28∶1时，Os原子即可发生择优偏聚，并对Re原子的偏聚有强抑制作用，形成类核壳结构的W-Os-Re纳米团簇.上述结论与W-Re/Os、W-Re-Os模型合金的快堆中子、高能离子辐照实验结果高度一致[14,77,90].与Re相比，Os对辐照缺陷更强的捕获能力使得其脆性析出核心的结构更稳定，同等辐照条件下析出动力学过程加速，辐照硬化增加1~2倍[16, 93]. ...
... 从嬗变产物浓度来看，合金元素Ta的影响不应忽略.然而Ta与辐照空位的结合能接近零，与自间隙原子的结合能仅0.2 eV[15]，远低于Re和Os的辐照缺陷捕获能力.Xu等[94]分析W-4.5%Ta (原子分数)和W-2%Re-1%Ta在高能重核离子辐照下的合金元素偏聚行为发现，高温高剂量(773 K、33 dpa)条件并未导致Ta原子偏聚；但Ta与Re之间存在协同效应.在W-2%Re-1%Ta模型合金中，尽管Ta对Re原子团簇的组分和结构无影响，但使其数密度降低近40%，辐照硬化也因而降低32%.Ta与Os之间的协同效应目前尚未见有文献涉及. ...
... 金属W中的嬗变合金元素因对辐照缺陷的捕获作用，不仅影响着缺陷及损伤组织的演化，也约束了辐照缺陷的热回复行为.这里主要就文献报道比较完备的Re和Ta的影响作具体论述.Wilson等[122]基于离子辐照(30 keV W+，18 K)和原位场离子显微表征发现，Re可显著抑制辐照缺陷回复的第1阶段，仅3%Re (原子分数，下同)甚至可将其完全移除.Keys和Moteff[115]基于中子辐照和残余电阻率-退火温度曲线测量开展了更系统的工作.当金属W中嬗变产物Re的浓度不足1%时，Re主要抑制第1~2回复阶段，对第3阶段影响较小，引起的峰值温度偏移不足50 K；当Re浓度达到1%以上时，缺陷回复的各个阶段均开始受到影响.换言之，自间隙原子因Re原子的强捕获作用(结合能0.79~0.82 eV[15,91,92])，第1阶段的长程扩散受到严重阻碍.然而，空位与Re原子的结合能取决于Re/空位比(0.183~1.5 eV[88]).只有在Re累积至临界浓度以上时，对辐照空位的捕获和钉扎效应才更加显著，从而影响辐照缺陷回复的第3~4阶段. ...
... Yi等[123]报道了Ta的影响.通过比较离子辐照(2 MeV W+，773 K)后的高纯W和W-5%Ta (质量分数)在退火过程中的缺陷与组织演化，发现Ta仅约束自间隙缺陷及团簇的热回复行为，而对空位团簇几乎没有影响.例如，当温度升至1473 K，W-5%Ta合金的损伤组织中间隙型位错环的密度仍有约5.3 ×1021 m-3，但在高纯W中该缺陷的密度却低了3个量级；与此同时，空位团簇(孔洞)特征在2种材料中几乎没有差别，密度和平均尺寸分别达到约5.1 ×1021 m-3和2.5 nm.这些现象与理论计算得到的结合能数据是一致的：Ta与金属W自间隙原子的结合能约为0.2 eV，但与空位的结合能几乎为零[15].这意味着Ta对自间隙型缺陷的迁移有一定程度的阻碍作用，但对空位的迁移没有影响. ...
Transmutation-induced precipitation in tungsten irradiated with a mixed energy neutron spectrum
2
2019
... 一部分嬗变产物Re继续衰变转化为Os[12].Os与Re的特性非常接近，但对辐照空位和自间隙缺陷均表现出更强的捕获能力，结合能分别达到0.53 eV和1.65~1.87 eV[15,91,92].辐照缺陷及损伤组织的演化因此出现逆转.Hu等[16]以热中子堆实验模拟聚变堆工况下纯W试样中的嬗变效应，结果发现Re与Os累积浓度比仅28∶1时，Os原子即可发生择优偏聚，并对Re原子的偏聚有强抑制作用，形成类核壳结构的W-Os-Re纳米团簇.上述结论与W-Re/Os、W-Re-Os模型合金的快堆中子、高能离子辐照实验结果高度一致[14,77,90].与Re相比，Os对辐照缺陷更强的捕获能力使得其脆性析出核心的结构更稳定，同等辐照条件下析出动力学过程加速，辐照硬化增加1~2倍[16, 93]. ...
... [16, 93]. ...
A study of the effect of helium concentration and displacement damage on the microstructure of helium ion irradiated tungsten
2
2017
... 氢氦效应是辐照缺陷演化中的重要影响因素.结合聚变堆服役工况，边界等离子体中氢氦离子与聚变中子的能量以及穿透能力，钨部件表面的氢氦浓度与辐照损伤程度“dpa”的比值(即H-appm/dpa，He-appm/dpa，appm—atomic parts per million)可达到1000以上，而在部件芯部则不足10，造成显著的梯度差异[95].Harrison等[17]针对这一梯度差异率先开展了He-appm/dpa对金属W级联损伤缺陷尺寸分布、数量、间隙-空位性质影响的系统研究.通过原位辐照实验，调控入射He+离子能量(15~85 keV)和注入剂量，获得了He-appm/dpa比值为500、2000和40000 3种量级的金属W透射电镜薄膜试样.以773 K辐照为例[17]，当He-appm/dpa比值由500~2000量级升高至40000时，辐照位错环数密度降低，尺寸范围由2.5~10 nm变为7.5~35 nm，间隙类型的比例由约55%增加至约60%.随着He-appm/dpa比值增加，He+离子辐照产生的He泡数密度和平均尺寸也增大，并表现出强温度依存性. ...
... [17]，当He-appm/dpa比值由500~2000量级升高至40000时，辐照位错环数密度降低，尺寸范围由2.5~10 nm变为7.5~35 nm，间隙类型的比例由约55%增加至约60%.随着He-appm/dpa比值增加，He+离子辐照产生的He泡数密度和平均尺寸也增大，并表现出强温度依存性. ...
First-principles calculations of transition metal solute interactions with hydrogen in tungsten
1
2016
... 金属W及钨基材料，因高熔点(约3680 K)、高溅射阈值、高导热(室温约172 W/(m·K))、抗热冲击性能较好且中子活化产物少等特点，成为了聚变堆面向等离子体部件的主要候选材料[4,5].然而，钨部件的服役依然面临严峻考验，主要表现在3个方面.首先是W的脆性问题[6].W属于bcc结构金属，主要依靠1/2<111>螺位错及其位错线上扭折对的形成与迁移来克服派尔斯能垒(Peierls-barrier)，实现塑性变形.然而一对扭折的形成能高达2.1 eV，塑性变形不易发生[7].此外，金属W的断裂表面能较低，如(110)面仅约为1.3 J/m2[8]，容易引起脆性断裂.基于上述脆性行为分析，吴玉程[9]总结了钨基材料常用的4种增韧路线，即：细化晶粒、添加合金元素、第二相颗粒/纤维增韧和加工变形，并分别从内、外韧化角度阐述了韧性改善的机理.采用上述一种或多种机制增韧后，多数情况下，钨基(多晶)材料的韧-脆转变温度(brittle-ductile transition temperature，BDTT)由600 K左右下降了100~200 K，脆性问题获得一定改善.对于钨部件来说，更严峻的考验来自高温、高剂量中子辐照带来的级联损伤.尽管金属W的离位阈能较高(约70~90 eV[10, 11])，但聚变反应释放的中子能量也非常高，其能量耗散的过程可在晶格中引入高浓度点缺陷，其中的自间隙原子与空位分别汇集成位错环和孔洞等团簇，在高温工况下随着辐照剂量的增加继续演化，构成材料发生辐照硬化、脆化(BDTT升高)与肿胀的主因.第3个考验来源于“杂质”原子的富集，这里特指嬗变反应产物(Re、Os、Ta等)与氢氦等离子体辐照带来的大量氢同位素及其聚变产物氦[12,13].这些“杂质”原子或促进脆性析出物的产生(如ReW、Re3W等[14])，或与级联损伤缺陷相互作用，深度影响着缺陷几何构型、迁移行为、数量与尺寸分布，加剧材料在辐照后的性能降低[13,15~18]. ...
Modeling defect cluster evolution in irradiated structural materials: Focus on comparing to high-resolution experimental characterization studies
2
2015
... 由于上述原因，有必要预测钨部件的服役寿命并对其可靠性进行评价，相关的预测和评价结果是聚变堆装置材料设计的依据，是其建设与安全运行的保障.如何获得上述信息，如何有效延缓钨部件材料的性能降低，是钨基材料辐照损伤研究的重要任务.Wirth等[19]指出，掌握辐照缺陷特征随时间、空间变化的统计性实验规律，建立并优化描述缺陷产生、演化与热回复的数理模型，并借助最先进的材料多尺度模拟计算平台，有望实现材料在工况环境下的微结构变化及其引起的性能降低的准确预测.结合离子/中子辐照、原位透射电镜成像和三维重构实验技术，以及速率理论与团簇动力学模拟计算，Li和Xu等[20~22]率先在纯Mo的级联损伤研究中取得了突破，实现了微观损伤组织在低温、低剂量辐照下演化的准确预测. ...
... 类似的方法也被应用于金属W的研究.在实验方面，研究人员开展了离子辐照与多种(原位)显微缺陷表征分析，并以裂变中子辐照作为辅助，积累了丰富的缺陷与损伤组织特征数据；在计算模拟方面，研究人员建立并优化了缺陷演化的数理模型，基本覆盖辐照损伤初期涉及的时间与空间尺度[19].本文围绕金属W中的辐照级联损伤，系统总结了国内外在缺陷产生、演化与热回复行为及作用机制方面取得的研究成果，并讨论了辐照条件、嬗变/合金元素、氢氦、表面与界面等因素对这些过程的影响.这些信息与性能测试结合，构成预测钨部件服役性能变化的要素，有利于材料的延寿研究和未来新型部件材料的开发. ...
Study of defect evolution by TEM with in situ ion irradiation and coordinated modeling
1
2012
... 由于上述原因，有必要预测钨部件的服役寿命并对其可靠性进行评价，相关的预测和评价结果是聚变堆装置材料设计的依据，是其建设与安全运行的保障.如何获得上述信息，如何有效延缓钨部件材料的性能降低，是钨基材料辐照损伤研究的重要任务.Wirth等[19]指出，掌握辐照缺陷特征随时间、空间变化的统计性实验规律，建立并优化描述缺陷产生、演化与热回复的数理模型，并借助最先进的材料多尺度模拟计算平台，有望实现材料在工况环境下的微结构变化及其引起的性能降低的准确预测.结合离子/中子辐照、原位透射电镜成像和三维重构实验技术，以及速率理论与团簇动力学模拟计算，Li和Xu等[20~22]率先在纯Mo的级联损伤研究中取得了突破，实现了微观损伤组织在低温、低剂量辐照下演化的准确预测. ...
Predicting neutron damage using TEM with in situ ion irradiation and computer modeling
2018
Recent work towards understanding defect evolution in thin molybdenum foils through in situ ion irradiation under TEM and coordinated cluster dynamics modeling
1
2012
... 由于上述原因，有必要预测钨部件的服役寿命并对其可靠性进行评价，相关的预测和评价结果是聚变堆装置材料设计的依据，是其建设与安全运行的保障.如何获得上述信息，如何有效延缓钨部件材料的性能降低，是钨基材料辐照损伤研究的重要任务.Wirth等[19]指出，掌握辐照缺陷特征随时间、空间变化的统计性实验规律，建立并优化描述缺陷产生、演化与热回复的数理模型，并借助最先进的材料多尺度模拟计算平台，有望实现材料在工况环境下的微结构变化及其引起的性能降低的准确预测.结合离子/中子辐照、原位透射电镜成像和三维重构实验技术，以及速率理论与团簇动力学模拟计算，Li和Xu等[20~22]率先在纯Mo的级联损伤研究中取得了突破，实现了微观损伤组织在低温、低剂量辐照下演化的准确预测. ...
Primary radiation damage: A review of current understanding and models
3
2018
... 载能中子与晶格原子发生碰撞，若传递能量超过点阵中原子的离位阈能(Ed)，可造成原子的初级离位(primary knock-on atom，PKA)，经逐级延续，形成碰撞级联.级联过程非常短，碰撞、热峰和淬火3个阶段加起来仅几个皮秒[23]，但期间产生的Frenkel缺陷(空位-间隙原子对)构成金属W在聚变堆内服役时辐照缺陷的主要来源.原子位移次数 (displacements per atom，简称“dpa”) 是基于级联过程产生的Frenkel缺陷数量而给出的描述晶体离位损伤的指标[24].作为主要参数，Ed在估算“dpa”的Kinchin-Pease (K-P)模型[24]和Norgett-Robinson-Torrens (NRT)模型[25]中均被处理为单一常数.事实上，Ed与载能粒子入射的晶体学方向密切相关[23].基于原位电子辐照实验观察[26]，金属W的Ed在<100>方向最低，约41~43 eV；而在<110>方向最高，约70~80 eV.可见基于K-P和NRT模型计算“dpa”时，Ed应取为所有晶体学取向离位阈能的平均值.ASTM标准建议计算金属W的“dpa”时取Ed =90 eV[11]，目前被大多数辐照损伤研究人员采用.Nordlund等[10]基于最新的分子动力学计算结果指出这一数值偏高，建议Ed =70 eV. ...
... [23].基于原位电子辐照实验观察[26]，金属W的Ed在<100>方向最低，约41~43 eV；而在<110>方向最高，约70~80 eV.可见基于K-P和NRT模型计算“dpa”时，Ed应取为所有晶体学取向离位阈能的平均值.ASTM标准建议计算金属W的“dpa”时取Ed =90 eV[11]，目前被大多数辐照损伤研究人员采用.Nordlund等[10]基于最新的分子动力学计算结果指出这一数值偏高，建议Ed =70 eV. ...
... 碰撞级联的另一个演化特点是分裂.级联区尺寸在热峰阶段发展至极大，但并不随PKA能量的升高而持续增大.在高于某个临界PKA能量时，级联区不再保持连续而紧凑的形态，而是分裂出多个独立的子级联.这是晶体辐照损伤的一个普适现象[23].基于BCA模拟，De Backer等[35]指出金属W中级联区分裂对应的临界PKA能量接近160 keV.这一结论与分子动力学模拟的50~400 keV PKA级联损伤形态特征吻合[34,36~38].与纯W相比，纯Fe中级联区分裂的临界PKA能量仅为30 keV[35].本文1.4节将结合级联分裂特性讨论缺陷团簇的尺寸与空间分布规律，并比较纯W与纯Fe 2种典型bcc结构金属在级联区演化方面的差异. ...
The displacement of atoms in solids by radiation
2
1955
... 载能中子与晶格原子发生碰撞，若传递能量超过点阵中原子的离位阈能(Ed)，可造成原子的初级离位(primary knock-on atom，PKA)，经逐级延续，形成碰撞级联.级联过程非常短，碰撞、热峰和淬火3个阶段加起来仅几个皮秒[23]，但期间产生的Frenkel缺陷(空位-间隙原子对)构成金属W在聚变堆内服役时辐照缺陷的主要来源.原子位移次数 (displacements per atom，简称“dpa”) 是基于级联过程产生的Frenkel缺陷数量而给出的描述晶体离位损伤的指标[24].作为主要参数，Ed在估算“dpa”的Kinchin-Pease (K-P)模型[24]和Norgett-Robinson-Torrens (NRT)模型[25]中均被处理为单一常数.事实上，Ed与载能粒子入射的晶体学方向密切相关[23].基于原位电子辐照实验观察[26]，金属W的Ed在<100>方向最低，约41~43 eV；而在<110>方向最高，约70~80 eV.可见基于K-P和NRT模型计算“dpa”时，Ed应取为所有晶体学取向离位阈能的平均值.ASTM标准建议计算金属W的“dpa”时取Ed =90 eV[11]，目前被大多数辐照损伤研究人员采用.Nordlund等[10]基于最新的分子动力学计算结果指出这一数值偏高，建议Ed =70 eV. ...
... [24]和Norgett-Robinson-Torrens (NRT)模型[25]中均被处理为单一常数.事实上，Ed与载能粒子入射的晶体学方向密切相关[23].基于原位电子辐照实验观察[26]，金属W的Ed在<100>方向最低，约41~43 eV；而在<110>方向最高，约70~80 eV.可见基于K-P和NRT模型计算“dpa”时，Ed应取为所有晶体学取向离位阈能的平均值.ASTM标准建议计算金属W的“dpa”时取Ed =90 eV[11]，目前被大多数辐照损伤研究人员采用.Nordlund等[10]基于最新的分子动力学计算结果指出这一数值偏高，建议Ed =70 eV. ...
A proposed method of calculating displacement dose rates
1
1975
... 载能中子与晶格原子发生碰撞，若传递能量超过点阵中原子的离位阈能(Ed)，可造成原子的初级离位(primary knock-on atom，PKA)，经逐级延续，形成碰撞级联.级联过程非常短，碰撞、热峰和淬火3个阶段加起来仅几个皮秒[23]，但期间产生的Frenkel缺陷(空位-间隙原子对)构成金属W在聚变堆内服役时辐照缺陷的主要来源.原子位移次数 (displacements per atom，简称“dpa”) 是基于级联过程产生的Frenkel缺陷数量而给出的描述晶体离位损伤的指标[24].作为主要参数，Ed在估算“dpa”的Kinchin-Pease (K-P)模型[24]和Norgett-Robinson-Torrens (NRT)模型[25]中均被处理为单一常数.事实上，Ed与载能粒子入射的晶体学方向密切相关[23].基于原位电子辐照实验观察[26]，金属W的Ed在<100>方向最低，约41~43 eV；而在<110>方向最高，约70~80 eV.可见基于K-P和NRT模型计算“dpa”时，Ed应取为所有晶体学取向离位阈能的平均值.ASTM标准建议计算金属W的“dpa”时取Ed =90 eV[11]，目前被大多数辐照损伤研究人员采用.Nordlund等[10]基于最新的分子动力学计算结果指出这一数值偏高，建议Ed =70 eV. ...
Frenkel pair creation and stage I recovery in W crystals irradiated near threshold
1
1978
... 载能中子与晶格原子发生碰撞，若传递能量超过点阵中原子的离位阈能(Ed)，可造成原子的初级离位(primary knock-on atom，PKA)，经逐级延续，形成碰撞级联.级联过程非常短，碰撞、热峰和淬火3个阶段加起来仅几个皮秒[23]，但期间产生的Frenkel缺陷(空位-间隙原子对)构成金属W在聚变堆内服役时辐照缺陷的主要来源.原子位移次数 (displacements per atom，简称“dpa”) 是基于级联过程产生的Frenkel缺陷数量而给出的描述晶体离位损伤的指标[24].作为主要参数，Ed在估算“dpa”的Kinchin-Pease (K-P)模型[24]和Norgett-Robinson-Torrens (NRT)模型[25]中均被处理为单一常数.事实上，Ed与载能粒子入射的晶体学方向密切相关[23].基于原位电子辐照实验观察[26]，金属W的Ed在<100>方向最低，约41~43 eV；而在<110>方向最高，约70~80 eV.可见基于K-P和NRT模型计算“dpa”时，Ed应取为所有晶体学取向离位阈能的平均值.ASTM标准建议计算金属W的“dpa”时取Ed =90 eV[11]，目前被大多数辐照损伤研究人员采用.Nordlund等[10]基于最新的分子动力学计算结果指出这一数值偏高，建议Ed =70 eV. ...
Energy spectra of primary knock-on atoms under neutron irradiation
2
2015
... “dpa”未考虑缺陷复合等问题[10]，不能直观、准确地描述晶体的离位损伤.为深入研究级联效应，并与材料的服役性能建立联系，仅有“dpa”远远不够，还需获得关于缺陷、微观损伤结构的信息.材料的中子辐照实验一般较难开展，辐照后材料的微结构表征和性能测试则需要特殊的实验条件.为高效、深入研究金属W的中子辐照级联损伤，通常采用载能重核离子来模拟中子PKA的损伤行为及影响.值得注意的是，金属W在聚变堆服役环境下的中子PKA种类众多且能谱范围很宽(10~107 eV)[27].无论是加速器辐照实验还是基于二体碰撞近似(binary-collision approximation，BCA)、分子动力学(molecular dynamics，MD)等方法的级联损伤模拟[28]，只能逐个研究不同能量PKA的损伤影响，难以覆盖金属W中所有PKA类型.Gilbert等[27,29,30]综合了聚变堆中子能谱和最新的中子核数据库，基于散射矩阵转换法(SPECTRA-PKA程序)计算得到了聚变示范堆(DEMO)第一壁纯W部件的PKA能谱，比较了不同能量PKA对应的Frenkel缺陷产率.结果发现，相比嬗变产物贡献的PKA，纯W中自初级碰撞原子(self-PKA)的贡献率最大，且接近100%.而在自初级碰撞原子中，约100 keV能量对应的Frenkel缺陷产率最高，达到约4×1014 FP/(s·cm3) (FP—Frenkel pair).这项工作为中子级联损伤的模拟研究提供了指导，筛选出了损伤影响最大的PKA类型，并且可以处理钨部件在聚变堆内不同服役位置、服役周期的级联损伤情况. ...
... [27,29,30]综合了聚变堆中子能谱和最新的中子核数据库，基于散射矩阵转换法(SPECTRA-PKA程序)计算得到了聚变示范堆(DEMO)第一壁纯W部件的PKA能谱，比较了不同能量PKA对应的Frenkel缺陷产率.结果发现，相比嬗变产物贡献的PKA，纯W中自初级碰撞原子(self-PKA)的贡献率最大，且接近100%.而在自初级碰撞原子中，约100 keV能量对应的Frenkel缺陷产率最高，达到约4×1014 FP/(s·cm3) (FP—Frenkel pair).这项工作为中子级联损伤的模拟研究提供了指导，筛选出了损伤影响最大的PKA类型，并且可以处理钨部件在聚变堆内不同服役位置、服役周期的级联损伤情况. ...
Primary damage in tungsten using the binary collision approximation, molecular dynamic simulations and the density functional theory
1
2016
... “dpa”未考虑缺陷复合等问题[10]，不能直观、准确地描述晶体的离位损伤.为深入研究级联效应，并与材料的服役性能建立联系，仅有“dpa”远远不够，还需获得关于缺陷、微观损伤结构的信息.材料的中子辐照实验一般较难开展，辐照后材料的微结构表征和性能测试则需要特殊的实验条件.为高效、深入研究金属W的中子辐照级联损伤，通常采用载能重核离子来模拟中子PKA的损伤行为及影响.值得注意的是，金属W在聚变堆服役环境下的中子PKA种类众多且能谱范围很宽(10~107 eV)[27].无论是加速器辐照实验还是基于二体碰撞近似(binary-collision approximation，BCA)、分子动力学(molecular dynamics，MD)等方法的级联损伤模拟[28]，只能逐个研究不同能量PKA的损伤影响，难以覆盖金属W中所有PKA类型.Gilbert等[27,29,30]综合了聚变堆中子能谱和最新的中子核数据库，基于散射矩阵转换法(SPECTRA-PKA程序)计算得到了聚变示范堆(DEMO)第一壁纯W部件的PKA能谱，比较了不同能量PKA对应的Frenkel缺陷产率.结果发现，相比嬗变产物贡献的PKA，纯W中自初级碰撞原子(self-PKA)的贡献率最大，且接近100%.而在自初级碰撞原子中，约100 keV能量对应的Frenkel缺陷产率最高，达到约4×1014 FP/(s·cm3) (FP—Frenkel pair).这项工作为中子级联损伤的模拟研究提供了指导，筛选出了损伤影响最大的PKA类型，并且可以处理钨部件在聚变堆内不同服役位置、服役周期的级联损伤情况. ...
PKA distributions: Contributions from transmutation products and from radioactive decay
1
2016
... “dpa”未考虑缺陷复合等问题[10]，不能直观、准确地描述晶体的离位损伤.为深入研究级联效应，并与材料的服役性能建立联系，仅有“dpa”远远不够，还需获得关于缺陷、微观损伤结构的信息.材料的中子辐照实验一般较难开展，辐照后材料的微结构表征和性能测试则需要特殊的实验条件.为高效、深入研究金属W的中子辐照级联损伤，通常采用载能重核离子来模拟中子PKA的损伤行为及影响.值得注意的是，金属W在聚变堆服役环境下的中子PKA种类众多且能谱范围很宽(10~107 eV)[27].无论是加速器辐照实验还是基于二体碰撞近似(binary-collision approximation，BCA)、分子动力学(molecular dynamics，MD)等方法的级联损伤模拟[28]，只能逐个研究不同能量PKA的损伤影响，难以覆盖金属W中所有PKA类型.Gilbert等[27,29,30]综合了聚变堆中子能谱和最新的中子核数据库，基于散射矩阵转换法(SPECTRA-PKA程序)计算得到了聚变示范堆(DEMO)第一壁纯W部件的PKA能谱，比较了不同能量PKA对应的Frenkel缺陷产率.结果发现，相比嬗变产物贡献的PKA，纯W中自初级碰撞原子(self-PKA)的贡献率最大，且接近100%.而在自初级碰撞原子中，约100 keV能量对应的Frenkel缺陷产率最高，达到约4×1014 FP/(s·cm3) (FP—Frenkel pair).这项工作为中子级联损伤的模拟研究提供了指导，筛选出了损伤影响最大的PKA类型，并且可以处理钨部件在聚变堆内不同服役位置、服役周期的级联损伤情况. ...
Differential dpa calculations with SPECTRA-PKA
1
2018
... “dpa”未考虑缺陷复合等问题[10]，不能直观、准确地描述晶体的离位损伤.为深入研究级联效应，并与材料的服役性能建立联系，仅有“dpa”远远不够，还需获得关于缺陷、微观损伤结构的信息.材料的中子辐照实验一般较难开展，辐照后材料的微结构表征和性能测试则需要特殊的实验条件.为高效、深入研究金属W的中子辐照级联损伤，通常采用载能重核离子来模拟中子PKA的损伤行为及影响.值得注意的是，金属W在聚变堆服役环境下的中子PKA种类众多且能谱范围很宽(10~107 eV)[27].无论是加速器辐照实验还是基于二体碰撞近似(binary-collision approximation，BCA)、分子动力学(molecular dynamics，MD)等方法的级联损伤模拟[28]，只能逐个研究不同能量PKA的损伤影响，难以覆盖金属W中所有PKA类型.Gilbert等[27,29,30]综合了聚变堆中子能谱和最新的中子核数据库，基于散射矩阵转换法(SPECTRA-PKA程序)计算得到了聚变示范堆(DEMO)第一壁纯W部件的PKA能谱，比较了不同能量PKA对应的Frenkel缺陷产率.结果发现，相比嬗变产物贡献的PKA，纯W中自初级碰撞原子(self-PKA)的贡献率最大，且接近100%.而在自初级碰撞原子中，约100 keV能量对应的Frenkel缺陷产率最高，达到约4×1014 FP/(s·cm3) (FP—Frenkel pair).这项工作为中子级联损伤的模拟研究提供了指导，筛选出了损伤影响最大的PKA类型，并且可以处理钨部件在聚变堆内不同服役位置、服役周期的级联损伤情况. ...
2
2011
... 碰撞级联最核心的演化特点是满足统计自相似性[31,32].由于每一个动能高于晶格Ed的入射粒子都可以随机触发周围原子继续运动，PKA与其反冲粒子引发的碰撞级联在统计形态上保持相似.采用简单的幂势函数描述原子间作用势，Cheng[33]对碰撞级联的分形属性给出了严格证明，并指出级联的分形维数随级联的演化(碰撞→热峰阶段)而逐渐降低.W属于bcc结构金属，其适用的原子间作用势模型比简单幂势函数更复杂.尽管如此，Sand等[34]比较了多种嵌入原子势函数(embedded atom method，EAM)对应的分子动力学模拟结果，发现级联区在碰撞阶段的形态同样近似分形.级联区演化形态的分形属性决定了分形理论(标度不变性、幂定律等)[31]可运用于级联区演化过程、乃至演化结果的定量统计分析. ...
... [31]可运用于级联区演化过程、乃至演化结果的定量统计分析. ...
2
2011
... 碰撞级联最核心的演化特点是满足统计自相似性[31,32].由于每一个动能高于晶格Ed的入射粒子都可以随机触发周围原子继续运动，PKA与其反冲粒子引发的碰撞级联在统计形态上保持相似.采用简单的幂势函数描述原子间作用势，Cheng[33]对碰撞级联的分形属性给出了严格证明，并指出级联的分形维数随级联的演化(碰撞→热峰阶段)而逐渐降低.W属于bcc结构金属，其适用的原子间作用势模型比简单幂势函数更复杂.尽管如此，Sand等[34]比较了多种嵌入原子势函数(embedded atom method，EAM)对应的分子动力学模拟结果，发现级联区在碰撞阶段的形态同样近似分形.级联区演化形态的分形属性决定了分形理论(标度不变性、幂定律等)[31]可运用于级联区演化过程、乃至演化结果的定量统计分析. ...
... [31]可运用于级联区演化过程、乃至演化结果的定量统计分析. ...
Fractal structure of collision cascades
1
1990
... 碰撞级联最核心的演化特点是满足统计自相似性[31,32].由于每一个动能高于晶格Ed的入射粒子都可以随机触发周围原子继续运动，PKA与其反冲粒子引发的碰撞级联在统计形态上保持相似.采用简单的幂势函数描述原子间作用势，Cheng[33]对碰撞级联的分形属性给出了严格证明，并指出级联的分形维数随级联的演化(碰撞→热峰阶段)而逐渐降低.W属于bcc结构金属，其适用的原子间作用势模型比简单幂势函数更复杂.尽管如此，Sand等[34]比较了多种嵌入原子势函数(embedded atom method，EAM)对应的分子动力学模拟结果，发现级联区在碰撞阶段的形态同样近似分形.级联区演化形态的分形属性决定了分形理论(标度不变性、幂定律等)[31]可运用于级联区演化过程、乃至演化结果的定量统计分析. ...
On the fractal nature of collision cascades
1
1989
... 碰撞级联最核心的演化特点是满足统计自相似性[31,32].由于每一个动能高于晶格Ed的入射粒子都可以随机触发周围原子继续运动，PKA与其反冲粒子引发的碰撞级联在统计形态上保持相似.采用简单的幂势函数描述原子间作用势，Cheng[33]对碰撞级联的分形属性给出了严格证明，并指出级联的分形维数随级联的演化(碰撞→热峰阶段)而逐渐降低.W属于bcc结构金属，其适用的原子间作用势模型比简单幂势函数更复杂.尽管如此，Sand等[34]比较了多种嵌入原子势函数(embedded atom method，EAM)对应的分子动力学模拟结果，发现级联区在碰撞阶段的形态同样近似分形.级联区演化形态的分形属性决定了分形理论(标度不变性、幂定律等)[31]可运用于级联区演化过程、乃至演化结果的定量统计分析. ...
High-energy collision cascades in tungsten: Dislocation loops structure and clustering scaling laws
5
2013
... 碰撞级联最核心的演化特点是满足统计自相似性[31,32].由于每一个动能高于晶格Ed的入射粒子都可以随机触发周围原子继续运动，PKA与其反冲粒子引发的碰撞级联在统计形态上保持相似.采用简单的幂势函数描述原子间作用势，Cheng[33]对碰撞级联的分形属性给出了严格证明，并指出级联的分形维数随级联的演化(碰撞→热峰阶段)而逐渐降低.W属于bcc结构金属，其适用的原子间作用势模型比简单幂势函数更复杂.尽管如此，Sand等[34]比较了多种嵌入原子势函数(embedded atom method，EAM)对应的分子动力学模拟结果，发现级联区在碰撞阶段的形态同样近似分形.级联区演化形态的分形属性决定了分形理论(标度不变性、幂定律等)[31]可运用于级联区演化过程、乃至演化结果的定量统计分析. ...
... 碰撞级联的另一个演化特点是分裂.级联区尺寸在热峰阶段发展至极大，但并不随PKA能量的升高而持续增大.在高于某个临界PKA能量时，级联区不再保持连续而紧凑的形态，而是分裂出多个独立的子级联.这是晶体辐照损伤的一个普适现象[23].基于BCA模拟，De Backer等[35]指出金属W中级联区分裂对应的临界PKA能量接近160 keV.这一结论与分子动力学模拟的50~400 keV PKA级联损伤形态特征吻合[34,36~38].与纯W相比，纯Fe中级联区分裂的临界PKA能量仅为30 keV[35].本文1.4节将结合级联分裂特性讨论缺陷团簇的尺寸与空间分布规律，并比较纯W与纯Fe 2种典型bcc结构金属在级联区演化方面的差异. ...
... Häussermann等[42~44]和Jäger等[45]进一步指出，Eyre-Bullough机制对金属W中的辐照位错环同样适用，且不限于间隙类型.基于黑白衬度分析，他们在20~70 keV Au+、1015~1016 ions/m2室温辐照的纯W薄膜样品中发现了2种空位型位错环：纯刃型1/2<110> (惯习面{110})和切变型1/2<111> (惯习面介于{110}和{111}之间)，且多数表现为后者.Yi等[46,47]进一步发现，若从室温升至1073 K，损伤组织中残留的空位型位错环几乎全部转为纯刃型1/2<111>，与Eyre-Bullough机制的预测一致.<100>位错环是Eyre-Bullough机制预测的另一类构型.Sand等[34]和Yi等[47]基于高能碰撞级联的分子动力学模拟计算和深低温原位重核离子辐照实验证实了他们的存在.这反映了<100>位错环的2个特点：可以从碰撞级联内部直接产生，但沉积能量密度需足够高；结构稳定性与温度有关. ...
... 在掌握了缺陷稳定构型的基础上，还需要获得有关级联区内缺陷群体特征(尺寸、数量、分布)的统计信息.这些信息构成完整、定量描述金属W辐照损伤起源的基本要素.由1.2节可知，金属W的碰撞级联形态近似分形，而分形系统服从某种幂律分布.Sand等[34,36~38]受到启发，基于分子动力学模拟计算对0 K、淬火阶段碰撞级联内所有缺陷尺寸及数量进行了分析.结果发现，在一定空间尺度范围内，辐照缺陷出现的频率f(n)与其尺寸(n)关系符合幂律分布，即：f(n)=A/nS.其中A和S均为常数，辐照缺陷团簇的尺寸n以其所包含的点缺陷数量表示.这种分布类型具有普适性，不受缺陷团簇类型(间隙或空位)以及表面的影响.辐照缺陷的幂律分布说明在金属W的级联损伤区内缺陷尺寸相差悬殊，每一特定尺寸的缺陷团簇均缺乏代表性的数量规模(“标度不变性”).小尺寸团簇出现频率高，而大尺寸团簇则属于小概率事件.考虑到数据分析所需的统计意义，作者针对每个实验条件考察了近100个碰撞级联样本. ...
... 为进一步检验辐照缺陷尺寸与数量的幂律分布，Yi等[54]设计了深低温原位W+离子辐照实验，并结合透射电镜弱束暗场成像追踪了纯W中辐照缺陷产生的动态过程.辐照实验温度(30 K)、入射离子能量(50~400 keV)、入射几何均与Sand等[34,36~38]的分子动力学模拟条件基本一致.注入离子剂量约1016 ions/m2，无级联区重叠.实验观测结果与分子动力学预测的缺陷幂律分布高度一致，仅系数A和S略有差别.作者分析幂律分布特征时还发现，缺陷团簇存在极限尺寸，并且不随PKA能量的升高而持续增大.这主要与碰撞级联的分裂行为有关.对于纯W，其临界分裂PKA能量接近160 keV.这时热峰阶段级联熔融区域尺寸达到极大值，淬火终了阶段形成缺陷团簇的最大尺寸可视为该熔融区域的最大投影尺寸.据此，De Backer等[35]通过BCA计算指出在纯W中n的极限为1450，相当于一个直径10.3 nm的1/2<111>位错环，这一估算与Yi等[54]的实验观察结果相符；当PKA能量超过级联分裂临界能量时，辐照缺陷的团簇行为可以转为由2组幂律分布的乘积来描述，即：一组对应子级联尺寸，另一组对应子级联内部的缺陷团簇尺寸.这一成果不仅用统一的数学模型定量描述了碰撞级联分裂与未分裂状态下的辐照缺陷特征，而且再次验证了碰撞级联的统计分形特性. ...
Subcascade formation and defect cluster size scaling in high-energy collision events in metals
5
2016
... 碰撞级联的另一个演化特点是分裂.级联区尺寸在热峰阶段发展至极大，但并不随PKA能量的升高而持续增大.在高于某个临界PKA能量时，级联区不再保持连续而紧凑的形态，而是分裂出多个独立的子级联.这是晶体辐照损伤的一个普适现象[23].基于BCA模拟，De Backer等[35]指出金属W中级联区分裂对应的临界PKA能量接近160 keV.这一结论与分子动力学模拟的50~400 keV PKA级联损伤形态特征吻合[34,36~38].与纯W相比，纯Fe中级联区分裂的临界PKA能量仅为30 keV[35].本文1.4节将结合级联分裂特性讨论缺陷团簇的尺寸与空间分布规律，并比较纯W与纯Fe 2种典型bcc结构金属在级联区演化方面的差异. ...
... [35].本文1.4节将结合级联分裂特性讨论缺陷团簇的尺寸与空间分布规律，并比较纯W与纯Fe 2种典型bcc结构金属在级联区演化方面的差异. ...
... 为进一步检验辐照缺陷尺寸与数量的幂律分布，Yi等[54]设计了深低温原位W+离子辐照实验，并结合透射电镜弱束暗场成像追踪了纯W中辐照缺陷产生的动态过程.辐照实验温度(30 K)、入射离子能量(50~400 keV)、入射几何均与Sand等[34,36~38]的分子动力学模拟条件基本一致.注入离子剂量约1016 ions/m2，无级联区重叠.实验观测结果与分子动力学预测的缺陷幂律分布高度一致，仅系数A和S略有差别.作者分析幂律分布特征时还发现，缺陷团簇存在极限尺寸，并且不随PKA能量的升高而持续增大.这主要与碰撞级联的分裂行为有关.对于纯W，其临界分裂PKA能量接近160 keV.这时热峰阶段级联熔融区域尺寸达到极大值，淬火终了阶段形成缺陷团簇的最大尺寸可视为该熔融区域的最大投影尺寸.据此，De Backer等[35]通过BCA计算指出在纯W中n的极限为1450，相当于一个直径10.3 nm的1/2<111>位错环，这一估算与Yi等[54]的实验观察结果相符；当PKA能量超过级联分裂临界能量时，辐照缺陷的团簇行为可以转为由2组幂律分布的乘积来描述，即：一组对应子级联尺寸，另一组对应子级联内部的缺陷团簇尺寸.这一成果不仅用统一的数学模型定量描述了碰撞级联分裂与未分裂状态下的辐照缺陷特征，而且再次验证了碰撞级联的统计分形特性. ...
... 事实上，上述工作阐述的规律为一个经典的辐照损伤问题提供了解答.比较纯Fe (α-Fe)和纯W的离子辐照损伤行为，Jenkins等[56~59]和Robertson等[60]发现纯Fe中出现可见缺陷需要达到某个临界剂量，或者说需要一定的孕育周期.对于深低温下50~100 keV Fe+ 离子辐照，这个临界剂量约为8×1016 ions/m2[60]，也称孕育剂量(incubation dose).纯W则不同.Yi等[47,51,54,55]在原位观察深低温下50~400 keV W+离子辐照损伤时发现，可见缺陷均随辐照开始的瞬间而产生.2种金属的碰撞级联分裂特性及其内部缺陷群体特征造成了这种差异.纯Fe级联区分裂的临界PKA能量仅30 keV左右[35]，对应的缺陷团簇尺寸上限也较低，不易出现可见缺陷.但是当辐照剂量累积达到某个临界值，即级联区开始出现大规模重叠时，大量小尺寸缺陷团簇可通过合并反应长大至透射电镜衍衬观察所需的临界尺寸[61].这就是纯Fe中存在“孕育剂量”的根本原因.纯W的单个级联内部结构紧凑，发生分裂的PKA能量阈值在160 keV左右[35]，可产生的缺陷团簇尺寸上限显著高于纯Fe；团簇之间又因相对距离小，弹性相互作用显著，损伤微结构比较稳定.这些特征导致在原位辐照实验可观测的最小时间尺度上(约0.05 s)，金属W中级联损伤的产生与可见缺陷的出现几乎同步，可视为不需要孕育剂量. ...
... [35]，可产生的缺陷团簇尺寸上限显著高于纯Fe；团簇之间又因相对距离小，弹性相互作用显著，损伤微结构比较稳定.这些特征导致在原位辐照实验可观测的最小时间尺度上(约0.05 s)，金属W中级联损伤的产生与可见缺陷的出现几乎同步，可视为不需要孕育剂量. ...
Radiation damage production in massive cascades initiated by fusion neutrons in tungsten
3
2014
... 碰撞级联的另一个演化特点是分裂.级联区尺寸在热峰阶段发展至极大，但并不随PKA能量的升高而持续增大.在高于某个临界PKA能量时，级联区不再保持连续而紧凑的形态，而是分裂出多个独立的子级联.这是晶体辐照损伤的一个普适现象[23].基于BCA模拟，De Backer等[35]指出金属W中级联区分裂对应的临界PKA能量接近160 keV.这一结论与分子动力学模拟的50~400 keV PKA级联损伤形态特征吻合[34,36~38].与纯W相比，纯Fe中级联区分裂的临界PKA能量仅为30 keV[35].本文1.4节将结合级联分裂特性讨论缺陷团簇的尺寸与空间分布规律，并比较纯W与纯Fe 2种典型bcc结构金属在级联区演化方面的差异. ...
... 在掌握了缺陷稳定构型的基础上，还需要获得有关级联区内缺陷群体特征(尺寸、数量、分布)的统计信息.这些信息构成完整、定量描述金属W辐照损伤起源的基本要素.由1.2节可知，金属W的碰撞级联形态近似分形，而分形系统服从某种幂律分布.Sand等[34,36~38]受到启发，基于分子动力学模拟计算对0 K、淬火阶段碰撞级联内所有缺陷尺寸及数量进行了分析.结果发现，在一定空间尺度范围内，辐照缺陷出现的频率f(n)与其尺寸(n)关系符合幂律分布，即：f(n)=A/nS.其中A和S均为常数，辐照缺陷团簇的尺寸n以其所包含的点缺陷数量表示.这种分布类型具有普适性，不受缺陷团簇类型(间隙或空位)以及表面的影响.辐照缺陷的幂律分布说明在金属W的级联损伤区内缺陷尺寸相差悬殊，每一特定尺寸的缺陷团簇均缺乏代表性的数量规模(“标度不变性”).小尺寸团簇出现频率高，而大尺寸团簇则属于小概率事件.考虑到数据分析所需的统计意义，作者针对每个实验条件考察了近100个碰撞级联样本. ...
... 为进一步检验辐照缺陷尺寸与数量的幂律分布，Yi等[54]设计了深低温原位W+离子辐照实验，并结合透射电镜弱束暗场成像追踪了纯W中辐照缺陷产生的动态过程.辐照实验温度(30 K)、入射离子能量(50~400 keV)、入射几何均与Sand等[34,36~38]的分子动力学模拟条件基本一致.注入离子剂量约1016 ions/m2，无级联区重叠.实验观测结果与分子动力学预测的缺陷幂律分布高度一致，仅系数A和S略有差别.作者分析幂律分布特征时还发现，缺陷团簇存在极限尺寸，并且不随PKA能量的升高而持续增大.这主要与碰撞级联的分裂行为有关.对于纯W，其临界分裂PKA能量接近160 keV.这时热峰阶段级联熔融区域尺寸达到极大值，淬火终了阶段形成缺陷团簇的最大尺寸可视为该熔融区域的最大投影尺寸.据此，De Backer等[35]通过BCA计算指出在纯W中n的极限为1450，相当于一个直径10.3 nm的1/2<111>位错环，这一估算与Yi等[54]的实验观察结果相符；当PKA能量超过级联分裂临界能量时，辐照缺陷的团簇行为可以转为由2组幂律分布的乘积来描述，即：一组对应子级联尺寸，另一组对应子级联内部的缺陷团簇尺寸.这一成果不仅用统一的数学模型定量描述了碰撞级联分裂与未分裂状态下的辐照缺陷特征，而且再次验证了碰撞级联的统计分形特性. ...
Cascade fragmentation: Deviation from power law in primary radiation damage
2017
Surface effects and statistical laws of defects in primary radiation damage: Tungsten vs. iron
3
2016
... 碰撞级联的另一个演化特点是分裂.级联区尺寸在热峰阶段发展至极大，但并不随PKA能量的升高而持续增大.在高于某个临界PKA能量时，级联区不再保持连续而紧凑的形态，而是分裂出多个独立的子级联.这是晶体辐照损伤的一个普适现象[23].基于BCA模拟，De Backer等[35]指出金属W中级联区分裂对应的临界PKA能量接近160 keV.这一结论与分子动力学模拟的50~400 keV PKA级联损伤形态特征吻合[34,36~38].与纯W相比，纯Fe中级联区分裂的临界PKA能量仅为30 keV[35].本文1.4节将结合级联分裂特性讨论缺陷团簇的尺寸与空间分布规律，并比较纯W与纯Fe 2种典型bcc结构金属在级联区演化方面的差异. ...
... 在掌握了缺陷稳定构型的基础上，还需要获得有关级联区内缺陷群体特征(尺寸、数量、分布)的统计信息.这些信息构成完整、定量描述金属W辐照损伤起源的基本要素.由1.2节可知，金属W的碰撞级联形态近似分形，而分形系统服从某种幂律分布.Sand等[34,36~38]受到启发，基于分子动力学模拟计算对0 K、淬火阶段碰撞级联内所有缺陷尺寸及数量进行了分析.结果发现，在一定空间尺度范围内，辐照缺陷出现的频率f(n)与其尺寸(n)关系符合幂律分布，即：f(n)=A/nS.其中A和S均为常数，辐照缺陷团簇的尺寸n以其所包含的点缺陷数量表示.这种分布类型具有普适性，不受缺陷团簇类型(间隙或空位)以及表面的影响.辐照缺陷的幂律分布说明在金属W的级联损伤区内缺陷尺寸相差悬殊，每一特定尺寸的缺陷团簇均缺乏代表性的数量规模(“标度不变性”).小尺寸团簇出现频率高，而大尺寸团簇则属于小概率事件.考虑到数据分析所需的统计意义，作者针对每个实验条件考察了近100个碰撞级联样本. ...
... 为进一步检验辐照缺陷尺寸与数量的幂律分布，Yi等[54]设计了深低温原位W+离子辐照实验，并结合透射电镜弱束暗场成像追踪了纯W中辐照缺陷产生的动态过程.辐照实验温度(30 K)、入射离子能量(50~400 keV)、入射几何均与Sand等[34,36~38]的分子动力学模拟条件基本一致.注入离子剂量约1016 ions/m2，无级联区重叠.实验观测结果与分子动力学预测的缺陷幂律分布高度一致，仅系数A和S略有差别.作者分析幂律分布特征时还发现，缺陷团簇存在极限尺寸，并且不随PKA能量的升高而持续增大.这主要与碰撞级联的分裂行为有关.对于纯W，其临界分裂PKA能量接近160 keV.这时热峰阶段级联熔融区域尺寸达到极大值，淬火终了阶段形成缺陷团簇的最大尺寸可视为该熔融区域的最大投影尺寸.据此，De Backer等[35]通过BCA计算指出在纯W中n的极限为1450，相当于一个直径10.3 nm的1/2<111>位错环，这一估算与Yi等[54]的实验观察结果相符；当PKA能量超过级联分裂临界能量时，辐照缺陷的团簇行为可以转为由2组幂律分布的乘积来描述，即：一组对应子级联尺寸，另一组对应子级联内部的缺陷团簇尺寸.这一成果不仅用统一的数学模型定量描述了碰撞级联分裂与未分裂状态下的辐照缺陷特征，而且再次验证了碰撞级联的统计分形特性. ...
Lattice swelling and modulus change in a helium-implanted tungsten alloy: X-ray micro-diffraction, surface acoustic wave measurements, and multiscale modelling
1
2015
... 辐照缺陷的种类涉及辐照空位、自间隙原子以及他们组合形成的团簇.判断其稳定构型主要依赖第一性原理计算、分子动力学模拟以及正电子湮没、(原位)透射电镜表征等技术.辐照空位的构型简单，可用其占据的体积描述，约0.63Ω0 (Ω0 =1.585 ×10-2 nm3，W的理想原子体积)[39].自间隙原子的最稳定构型则为<111>挤子，<110>和<100>等哑铃构型次之[40]. ...
Self-interstitial atom defects in bcc transition metals: Group-specific trends
4
2006
... 辐照缺陷的种类涉及辐照空位、自间隙原子以及他们组合形成的团簇.判断其稳定构型主要依赖第一性原理计算、分子动力学模拟以及正电子湮没、(原位)透射电镜表征等技术.辐照空位的构型简单，可用其占据的体积描述，约0.63Ω0 (Ω0 =1.585 ×10-2 nm3，W的理想原子体积)[39].自间隙原子的最稳定构型则为<111>挤子，<110>和<100>等哑铃构型次之[40]. ...
... 三维复合体，特别是空位型的复合体，是碰撞级联内产生的另一种重要缺陷团簇.单空位形成后，进一步组合成多空位复合体[48] (注：Ventelon等[48]认为在纯W中的稳定多空位复合体不包括双空位，第一性原理计算发现从第1近邻至第5近邻位置，双空位间相互作用均为排斥力)、小尺寸团簇，最终乃至三维的孔洞.Gilbert等[49]比较纯W中多种构型团簇的形成能发现，单个自间隙原子因形成能≥9.548 eV(晶格畸变高)[40]，其团簇最倾向于二维位错环构型；而对于空位团簇，三维复合体永远是能量最低构型，位错环仅为亚稳结构.但在热峰阶段，由于碰撞级联芯部空位浓度非常高，三维的空位团簇也可能崩塌为二维的位错环.崩塌几率与级联内的能量密度(空位浓度)、级联附近有无自由表面、温度等因素有关[50~53]. ...
... 在bcc结构的金属W中，理论计算预测已指出辐照引入的自间隙原子以<111>挤子为最稳定构型，并且可自发聚合形成更大尺寸团簇，从而有利于透射电镜追踪观测[40,62].Arakawa等[63]和Amino等[64]结合深低温技术和超高压透射电镜原位观察证实了高纯W (> 99.9999%，质量分数)中的自间隙原子团簇主要为1/2<111>位错环，可沿其Burgers矢量方向进行一维长程迁移运动.长程迁移的机理与温度(T)密切相关.当T≤θD/3时(θD：Debye特征温度)，即101 K左右，自间隙缺陷团簇的长程迁移通过吸收声子来驱动和维持，遵循量子机制；当T >θD/3时，自间隙缺陷团簇的长程迁移表现为热激活过程，遵循Arrhenius定律，迁移能<0.1 eV.相比之下，辐照过程引入的空位迁移能非常高(1.78 eV[40])，若形成三维团簇后迁移能力进一步降低.一般地，金属W中辐照缺陷的长程迁移主要指<111>构型的自间隙缺陷的迁移. ...
... [40])，若形成三维团簇后迁移能力进一步降低.一般地，金属W中辐照缺陷的长程迁移主要指<111>构型的自间隙缺陷的迁移. ...
On the formation of interstitial loops in b.c.c. metals
2
1965
... 这些辐照点缺陷组合形成的团簇，或表现为二维位错环，或演化为三维复合体.1965年，Eyre和Bullough[41]基于纯Fe和纯Mo中发现的辐照位错环特征，提出了描述bcc结构金属中辐照位错环形成的原子尺度模型，又称Eyre-Bullough机制.该机制认为，辐照产生的自间隙原子在面间距最大的{110}面聚集，形成带有层错的纯刃型1/2<110>位错环，再经切变转化为1/2<111>或<100>位错环，惯习面则逐步从{110}转至{111}或{100}，如反应(1)和(2)所示.层错的移除是这些位错反应的驱动力，但1/2<110>位错环沿<100>方向切变阻力较小[41]，多数位错环最终转化为1/2<111>. ...
... [41]，多数位错环最终转化为1/2<111>. ...
Eine elektronenmikroskopische analyse von versetzungsringen in wolfram nach bestrahlung mit 60 keV-goldionen
1
1972
... Häussermann等[42~44]和Jäger等[45]进一步指出，Eyre-Bullough机制对金属W中的辐照位错环同样适用，且不限于间隙类型.基于黑白衬度分析，他们在20~70 keV Au+、1015~1016 ions/m2室温辐照的纯W薄膜样品中发现了2种空位型位错环：纯刃型1/2<110> (惯习面{110})和切变型1/2<111> (惯习面介于{110}和{111}之间)，且多数表现为后者.Yi等[46,47]进一步发现，若从室温升至1073 K，损伤组织中残留的空位型位错环几乎全部转为纯刃型1/2<111>，与Eyre-Bullough机制的预测一致.<100>位错环是Eyre-Bullough机制预测的另一类构型.Sand等[34]和Yi等[47]基于高能碰撞级联的分子动力学模拟计算和深低温原位重核离子辐照实验证实了他们的存在.这反映了<100>位错环的2个特点：可以从碰撞级联内部直接产生，但沉积能量密度需足够高；结构稳定性与温度有关. ...
Elektronenmikroskopische untersuchung der strahlensch?digung durch hochenergetische goldionen in den kubisch-raumzentrierten metallen molybdan und wolfram
1972
Black-white contrast figures from small dislocation loops II. Application of the first order solution to small loops in ion-irradiated tungsten foils
1
1972
... Häussermann等[42~44]和Jäger等[45]进一步指出，Eyre-Bullough机制对金属W中的辐照位错环同样适用，且不限于间隙类型.基于黑白衬度分析，他们在20~70 keV Au+、1015~1016 ions/m2室温辐照的纯W薄膜样品中发现了2种空位型位错环：纯刃型1/2<110> (惯习面{110})和切变型1/2<111> (惯习面介于{110}和{111}之间)，且多数表现为后者.Yi等[46,47]进一步发现，若从室温升至1073 K，损伤组织中残留的空位型位错环几乎全部转为纯刃型1/2<111>，与Eyre-Bullough机制的预测一致.<100>位错环是Eyre-Bullough机制预测的另一类构型.Sand等[34]和Yi等[47]基于高能碰撞级联的分子动力学模拟计算和深低温原位重核离子辐照实验证实了他们的存在.这反映了<100>位错环的2个特点：可以从碰撞级联内部直接产生，但沉积能量密度需足够高；结构稳定性与温度有关. ...
Formation of vacancy-type dislocation loops in tungsten bombarded by 60 keV Au ions
1
1975
... Häussermann等[42~44]和Jäger等[45]进一步指出，Eyre-Bullough机制对金属W中的辐照位错环同样适用，且不限于间隙类型.基于黑白衬度分析，他们在20~70 keV Au+、1015~1016 ions/m2室温辐照的纯W薄膜样品中发现了2种空位型位错环：纯刃型1/2<110> (惯习面{110})和切变型1/2<111> (惯习面介于{110}和{111}之间)，且多数表现为后者.Yi等[46,47]进一步发现，若从室温升至1073 K，损伤组织中残留的空位型位错环几乎全部转为纯刃型1/2<111>，与Eyre-Bullough机制的预测一致.<100>位错环是Eyre-Bullough机制预测的另一类构型.Sand等[34]和Yi等[47]基于高能碰撞级联的分子动力学模拟计算和深低温原位重核离子辐照实验证实了他们的存在.这反映了<100>位错环的2个特点：可以从碰撞级联内部直接产生，但沉积能量密度需足够高；结构稳定性与温度有关. ...
In-situ electron microscope observations and analysis of radiation damage in tungsten
1
2015
... Häussermann等[42~44]和Jäger等[45]进一步指出，Eyre-Bullough机制对金属W中的辐照位错环同样适用，且不限于间隙类型.基于黑白衬度分析，他们在20~70 keV Au+、1015~1016 ions/m2室温辐照的纯W薄膜样品中发现了2种空位型位错环：纯刃型1/2<110> (惯习面{110})和切变型1/2<111> (惯习面介于{110}和{111}之间)，且多数表现为后者.Yi等[46,47]进一步发现，若从室温升至1073 K，损伤组织中残留的空位型位错环几乎全部转为纯刃型1/2<111>，与Eyre-Bullough机制的预测一致.<100>位错环是Eyre-Bullough机制预测的另一类构型.Sand等[34]和Yi等[47]基于高能碰撞级联的分子动力学模拟计算和深低温原位重核离子辐照实验证实了他们的存在.这反映了<100>位错环的2个特点：可以从碰撞级联内部直接产生，但沉积能量密度需足够高；结构稳定性与温度有关. ...
In-situ TEM studies of 150 keV W+ ion irradiated W and W-alloys: Damage production and microstructural evolution
9
2016
... Häussermann等[42~44]和Jäger等[45]进一步指出，Eyre-Bullough机制对金属W中的辐照位错环同样适用，且不限于间隙类型.基于黑白衬度分析，他们在20~70 keV Au+、1015~1016 ions/m2室温辐照的纯W薄膜样品中发现了2种空位型位错环：纯刃型1/2<110> (惯习面{110})和切变型1/2<111> (惯习面介于{110}和{111}之间)，且多数表现为后者.Yi等[46,47]进一步发现，若从室温升至1073 K，损伤组织中残留的空位型位错环几乎全部转为纯刃型1/2<111>，与Eyre-Bullough机制的预测一致.<100>位错环是Eyre-Bullough机制预测的另一类构型.Sand等[34]和Yi等[47]基于高能碰撞级联的分子动力学模拟计算和深低温原位重核离子辐照实验证实了他们的存在.这反映了<100>位错环的2个特点：可以从碰撞级联内部直接产生，但沉积能量密度需足够高；结构稳定性与温度有关. ...
... [47]基于高能碰撞级联的分子动力学模拟计算和深低温原位重核离子辐照实验证实了他们的存在.这反映了<100>位错环的2个特点：可以从碰撞级联内部直接产生，但沉积能量密度需足够高；结构稳定性与温度有关. ...
... 事实上，上述工作阐述的规律为一个经典的辐照损伤问题提供了解答.比较纯Fe (α-Fe)和纯W的离子辐照损伤行为，Jenkins等[56~59]和Robertson等[60]发现纯Fe中出现可见缺陷需要达到某个临界剂量，或者说需要一定的孕育周期.对于深低温下50~100 keV Fe+ 离子辐照，这个临界剂量约为8×1016 ions/m2[60]，也称孕育剂量(incubation dose).纯W则不同.Yi等[47,51,54,55]在原位观察深低温下50~400 keV W+离子辐照损伤时发现，可见缺陷均随辐照开始的瞬间而产生.2种金属的碰撞级联分裂特性及其内部缺陷群体特征造成了这种差异.纯Fe级联区分裂的临界PKA能量仅30 keV左右[35]，对应的缺陷团簇尺寸上限也较低，不易出现可见缺陷.但是当辐照剂量累积达到某个临界值，即级联区开始出现大规模重叠时，大量小尺寸缺陷团簇可通过合并反应长大至透射电镜衍衬观察所需的临界尺寸[61].这就是纯Fe中存在“孕育剂量”的根本原因.纯W的单个级联内部结构紧凑，发生分裂的PKA能量阈值在160 keV左右[35]，可产生的缺陷团簇尺寸上限显著高于纯Fe；团簇之间又因相对距离小，弹性相互作用显著，损伤微结构比较稳定.这些特征导致在原位辐照实验可观测的最小时间尺度上(约0.05 s)，金属W中级联损伤的产生与可见缺陷的出现几乎同步，可视为不需要孕育剂量. ...
... 自间隙缺陷的长程输运加速了微观损伤组织的非均匀演化，并在缺陷弹性相互作用和缺陷反应的叠加作用下衍生出2种代表性损伤组织：孔洞超点阵(void superlattice)和位错环筏形组态(loop rafting).经高温快堆中子辐照(823~1023 K，1.5 dpa)，科研人员[65~67]在金属W的损伤组织中发现了孔洞超点阵结构.孔洞的平均尺寸约3~5 nm；而超点阵仍保有bcc结构，晶格常数约20 nm.人们在高能气体离子辐照的金属W中也发现了类似的超点阵结构，但晶格常数减小了5~10倍[65,68,69].一般认为，辐照空位团簇的迁移速率低，空间分布相对均匀；而自间隙缺陷团簇的长程、各向异性迁移和缺陷复合反应选择性地移除了部分扩散路径上的空位团簇，残留的群体组成了孔洞超点阵[69].位错环筏形组态的形成综合了自间隙缺陷的长程迁移和弹性相互作用，高温条件下还涉及缺陷反应，在离子和中子辐照实验中均有报道[47,70].Wen等[71]和Dudarev等[72]总结了位错环筏形组态的形成机理：同一筏形组态内的位错环均为间隙性质，且具有相同的1/2<111> Burgers矢量变体(如±1/2[111]、±1/2[]等)；经一维长程迁移，也就是位错环的滑移过程，相邻位错环之间的弹性吸引、位错环惯习面的偏转，自组织形成稳定的筏形结构.图2[47]以150 keV W+原位辐照实验观察为例展示了钨材料中的上述演化过程.El-Atwani等[73]证实位错环筏形组态的出现不受温度、辐照剂量率和晶粒取向影响，但需要满足临界辐照剂量.随着温度的升高，筏形组态内的位错环进一步发生合并反应，经自攀移演化成“手指状”位错环，尺寸显著增加.当有其他Burgers矢量或Burgers矢量变体的间隙型位错环靠近时，这些“手指状”位错环还可继续吸收他们并长大，但Burgers矢量保持不变.Arakawa等[74]发现这是一项描述纳米尺度位错环合并反应的普适规律：当2个位错环相互碰撞发生合并反应时，反应产物仍为位错环，且Burgers矢量(包括变体)与尺寸较大者相同. ...
... [47]以150 keV W+原位辐照实验观察为例展示了钨材料中的上述演化过程.El-Atwani等[73]证实位错环筏形组态的出现不受温度、辐照剂量率和晶粒取向影响，但需要满足临界辐照剂量.随着温度的升高，筏形组态内的位错环进一步发生合并反应，经自攀移演化成“手指状”位错环，尺寸显著增加.当有其他Burgers矢量或Burgers矢量变体的间隙型位错环靠近时，这些“手指状”位错环还可继续吸收他们并长大，但Burgers矢量保持不变.Arakawa等[74]发现这是一项描述纳米尺度位错环合并反应的普适规律：当2个位错环相互碰撞发生合并反应时，反应产物仍为位错环，且Burgers矢量(包括变体)与尺寸较大者相同. ...
... [
47]
(a) 1D long-range migration of self-interstitial clusters (pure W, 150 keV W+ irradiation, 573-1073 K)(b) elastic interactions and coalescence reactions between radiation defects favoured loop raft formation and loop growth (W-5%V, 150 keV W+ irradiation, 1073 K) ...
... (a) 1D long-range migration of self-interstitial clusters (pure W, 150 keV W
+ irradiation, 573-1073 K)(b) elastic interactions and coalescence reactions between radiation defects favoured loop raft formation and loop growth (W-5%V, 150 keV W
+ irradiation, 1073 K)
Evolution behaviour of radiation defects<sup>[<xref ref-type="bibr" rid="R47">47</xref>]</sup>Fig.2<strong>2.2 </strong>辐照温度、剂量与剂量率的影响在金属W的辐照损伤组织演化进程中，辐照温度主要决定了缺陷及团簇的长程迁移能力.随着温度的升高，自间隙缺陷团簇与空位团簇的扩散系数各自增加，但绝对差异也逐步扩大.以二维团簇辐照位错环为例，一个3.7 nm 1/2<111>间隙型位错环在500 K时的扩散系数约为2 × 10-10 m2/s，是同等条件空位型位错环的3倍；在1000 K时，位错环扩散系数的差异扩大至5倍，加速了损伤组织的非均匀演化[75].辐照温度也决定了缺陷团簇的结构稳定性(1.3节)，影响实际参与组织演化的缺陷群体类型.参与组织演化的缺陷群体数量及规模则主要受辐照剂量控制.在辐照温度与剂量的协同作用下，缺陷及团簇的间距受到调控，弹性相互作用的强弱和发生缺陷反应的概率随之而发生变化[50].以上是辐照温度与剂量影响辐照损伤组织演化的基本原理，下面结合金属W的高能重核离子辐照和快堆中子辐照实验具体说明. ...
... 金属W及钨基材料中的合金元素，或源于材料设计改性需求(如添加Cr、Y改善高温抗氧化性能；添加K提高抗冲击韧性)，或源于聚变堆服役工况下持续进行的核嬗变反应[87].以下重点讨论嬗变/合金元素对辐照缺陷及损伤组织演化的影响.据中子学模拟预测，在聚变堆第一壁工况下服役5年时间，纯W部件将转变为含3%Re (原子分数，下同)、1.4%Os和0.9%Ta的钨基合金[12].这些新组元通过对辐照缺陷的捕获，约束其动态行为，导致缺陷团簇平均尺寸减小，分布收窄，数密度迅速累积至饱和，几何构型比例发生变化[47,76]；与此同时，自身出现不同程度的偏聚析出，构成金属W辐照硬化和脆化的重要来源[78]. ...
... Re原子也可以捕获辐照引入的自间隙缺陷，在金属W中形成<111>的W-Re混合挤子或<110>的W-Re混合哑铃.具体哪一种构型更稳定尚存在争议[15,91,92].尽管如此，Re原子对上述2种构型的辐照间隙缺陷均有强吸引作用，结合能达到0.79~0.82 eV[15,91,92].在纯W和W-5%Re (质量分数)的原位重核离子辐照实验中，研究人员发现了与此特征相吻合的现象.1/2<111>间隙型位错环的长程迁移和长大在W-5%Re中均受到显著抑制，体现了Re原子对自间隙缺陷及团簇扩散、迁移的钉扎和拖拽作用[47]. ...
Ab initio investigation of radiation defects in tungsten: Structure of self-interstitials and specificity of di-vacancies compared to other bcc transition metals
2
2012
... 三维复合体，特别是空位型的复合体，是碰撞级联内产生的另一种重要缺陷团簇.单空位形成后，进一步组合成多空位复合体[48] (注：Ventelon等[48]认为在纯W中的稳定多空位复合体不包括双空位，第一性原理计算发现从第1近邻至第5近邻位置，双空位间相互作用均为排斥力)、小尺寸团簇，最终乃至三维的孔洞.Gilbert等[49]比较纯W中多种构型团簇的形成能发现，单个自间隙原子因形成能≥9.548 eV(晶格畸变高)[40]，其团簇最倾向于二维位错环构型；而对于空位团簇，三维复合体永远是能量最低构型，位错环仅为亚稳结构.但在热峰阶段，由于碰撞级联芯部空位浓度非常高，三维的空位团簇也可能崩塌为二维的位错环.崩塌几率与级联内的能量密度(空位浓度)、级联附近有无自由表面、温度等因素有关[50~53]. ...
... [48]认为在纯W中的稳定多空位复合体不包括双空位，第一性原理计算发现从第1近邻至第5近邻位置，双空位间相互作用均为排斥力)、小尺寸团簇，最终乃至三维的孔洞.Gilbert等[49]比较纯W中多种构型团簇的形成能发现，单个自间隙原子因形成能≥9.548 eV(晶格畸变高)[40]，其团簇最倾向于二维位错环构型；而对于空位团簇，三维复合体永远是能量最低构型，位错环仅为亚稳结构.但在热峰阶段，由于碰撞级联芯部空位浓度非常高，三维的空位团簇也可能崩塌为二维的位错环.崩塌几率与级联内的能量密度(空位浓度)、级联附近有无自由表面、温度等因素有关[50~53]. ...
Structure and metastability of mesoscopic vacancy and interstitial loop defects in iron and tungsten
1
2008
... 三维复合体，特别是空位型的复合体，是碰撞级联内产生的另一种重要缺陷团簇.单空位形成后，进一步组合成多空位复合体[48] (注：Ventelon等[48]认为在纯W中的稳定多空位复合体不包括双空位，第一性原理计算发现从第1近邻至第5近邻位置，双空位间相互作用均为排斥力)、小尺寸团簇，最终乃至三维的孔洞.Gilbert等[49]比较纯W中多种构型团簇的形成能发现，单个自间隙原子因形成能≥9.548 eV(晶格畸变高)[40]，其团簇最倾向于二维位错环构型；而对于空位团簇，三维复合体永远是能量最低构型，位错环仅为亚稳结构.但在热峰阶段，由于碰撞级联芯部空位浓度非常高，三维的空位团簇也可能崩塌为二维的位错环.崩塌几率与级联内的能量密度(空位浓度)、级联附近有无自由表面、温度等因素有关[50~53]. ...
Elastic trapping of dislocation loops in cascades in ion-irradiated tungsten foils
3
2014
... 三维复合体，特别是空位型的复合体，是碰撞级联内产生的另一种重要缺陷团簇.单空位形成后，进一步组合成多空位复合体[48] (注：Ventelon等[48]认为在纯W中的稳定多空位复合体不包括双空位，第一性原理计算发现从第1近邻至第5近邻位置，双空位间相互作用均为排斥力)、小尺寸团簇，最终乃至三维的孔洞.Gilbert等[49]比较纯W中多种构型团簇的形成能发现，单个自间隙原子因形成能≥9.548 eV(晶格畸变高)[40]，其团簇最倾向于二维位错环构型；而对于空位团簇，三维复合体永远是能量最低构型，位错环仅为亚稳结构.但在热峰阶段，由于碰撞级联芯部空位浓度非常高，三维的空位团簇也可能崩塌为二维的位错环.崩塌几率与级联内的能量密度(空位浓度)、级联附近有无自由表面、温度等因素有关[50~53]. ...
... 在金属W的辐照损伤组织演化进程中，辐照温度主要决定了缺陷及团簇的长程迁移能力.随着温度的升高，自间隙缺陷团簇与空位团簇的扩散系数各自增加，但绝对差异也逐步扩大.以二维团簇辐照位错环为例，一个3.7 nm 1/2<111>间隙型位错环在500 K时的扩散系数约为2 × 10-10 m2/s，是同等条件空位型位错环的3倍；在1000 K时，位错环扩散系数的差异扩大至5倍，加速了损伤组织的非均匀演化[75].辐照温度也决定了缺陷团簇的结构稳定性(1.3节)，影响实际参与组织演化的缺陷群体类型.参与组织演化的缺陷群体数量及规模则主要受辐照剂量控制.在辐照温度与剂量的协同作用下，缺陷及团簇的间距受到调控，弹性相互作用的强弱和发生缺陷反应的概率随之而发生变化[50].以上是辐照温度与剂量影响辐照损伤组织演化的基本原理，下面结合金属W的高能重核离子辐照和快堆中子辐照实验具体说明. ...
... 这里论述的表面特指自由表面；在辐照实验中，它们代表了辐照粒子的入射、甚至出射表面.这些表面可吸收点缺陷，也可通过镜像力作用于长程迁移中的辐照缺陷团簇(1/2<111>位错环)，从而改变材料中的辐照缺陷群体的种类和数量.辐照缺陷距离表面的位置和缺陷之间的弹性相互作用是影响表面作用的关键因素.Ferroni等[98]基于位错动力学模拟发现，当位错环的尺寸(d)与其距离表面位置(D)满足D<3d时，它们极易受镜像力作用迁移至表面，从而发生湮灭.上述关系也说明，较大尺寸的辐照缺陷团簇在损伤组织中是相对稳定的.它们与相邻缺陷团簇的弹性作用能更高[50]，钉扎作用显著，不易受表面势阱影响.比较块体辐照和薄膜辐照(透射电镜原位观察) 2种常用的材料辐照考验形式，研究人员[99]还分析了高能重核离子(W+、Kr+)在金属W中的级联损伤差异.注意，块体辐照仅涉及1个自由表面，而薄膜辐照涉及2个自由表面.相同辐照温度和剂量条件下，薄膜辐照试样中间隙型1/2<111>位错环的比例较块体辐照降低了30%~50%，但更容易累积高浓度辐照空位，汇集成辐照孔洞.这些都充分反映了辐照自间隙缺陷更高的迁移能力，以及自由表面对该缺陷种群的优先吸收作用. ...
Experimental observation of the number of visible defects produced in individual primary damage cascades in irradiated tungsten
3
2018
... 揭示辐照缺陷的空间分布规律需要借助图像处理技术.Mason等[51,54,55]利用二维Gassian分布函数描述辐照缺陷团簇(位错环)的透射电镜弱束暗场衬度像，实现了大数据样本下的图像自动识别和尺寸分析，并确定了反映缺陷团簇空间分布规律的二维对分布函数(如图1[55]所示).应用于30 K、1016 W+/m2原位辐照实验，Mason等[51,55]发现当PKA能量从50 keV升至400 keV时，单个碰撞级联内出现2个以上可见缺陷(这里特指基于透射电镜衍射衬度可观察到的辐照缺陷，最小可分辨尺寸约1.5 nm)的概率是显著增加的，并且存在强位置关联性.这意味着碰撞级联内缺陷团簇的空间分布并不随机，而因弹性相互作用成对、成组出现.尽管上述情况仅占碰撞级联总数(可由离子注入剂量换算得知)的10%~20%，但强弹性相互作用保障了级联区内可见缺陷团簇的稳定存在，经时间累积可对后期微观结构的演变产生深远影响. ...
... [51,55]发现当PKA能量从50 keV升至400 keV时，单个碰撞级联内出现2个以上可见缺陷(这里特指基于透射电镜衍射衬度可观察到的辐照缺陷，最小可分辨尺寸约1.5 nm)的概率是显著增加的，并且存在强位置关联性.这意味着碰撞级联内缺陷团簇的空间分布并不随机，而因弹性相互作用成对、成组出现.尽管上述情况仅占碰撞级联总数(可由离子注入剂量换算得知)的10%~20%，但强弹性相互作用保障了级联区内可见缺陷团簇的稳定存在，经时间累积可对后期微观结构的演变产生深远影响. ...
... 事实上，上述工作阐述的规律为一个经典的辐照损伤问题提供了解答.比较纯Fe (α-Fe)和纯W的离子辐照损伤行为，Jenkins等[56~59]和Robertson等[60]发现纯Fe中出现可见缺陷需要达到某个临界剂量，或者说需要一定的孕育周期.对于深低温下50~100 keV Fe+ 离子辐照，这个临界剂量约为8×1016 ions/m2[60]，也称孕育剂量(incubation dose).纯W则不同.Yi等[47,51,54,55]在原位观察深低温下50~400 keV W+离子辐照损伤时发现，可见缺陷均随辐照开始的瞬间而产生.2种金属的碰撞级联分裂特性及其内部缺陷群体特征造成了这种差异.纯Fe级联区分裂的临界PKA能量仅30 keV左右[35]，对应的缺陷团簇尺寸上限也较低，不易出现可见缺陷.但是当辐照剂量累积达到某个临界值，即级联区开始出现大规模重叠时，大量小尺寸缺陷团簇可通过合并反应长大至透射电镜衍衬观察所需的临界尺寸[61].这就是纯Fe中存在“孕育剂量”的根本原因.纯W的单个级联内部结构紧凑，发生分裂的PKA能量阈值在160 keV左右[35]，可产生的缺陷团簇尺寸上限显著高于纯Fe；团簇之间又因相对距离小，弹性相互作用显著，损伤微结构比较稳定.这些特征导致在原位辐照实验可观测的最小时间尺度上(约0.05 s)，金属W中级联损伤的产生与可见缺陷的出现几乎同步，可视为不需要孕育剂量. ...
In situ study of self-ion irradiation damage in W and W-5Re at 500oC
2013
The collapse of defect cascades to dislocation loops
1
1987
... 三维复合体，特别是空位型的复合体，是碰撞级联内产生的另一种重要缺陷团簇.单空位形成后，进一步组合成多空位复合体[48] (注：Ventelon等[48]认为在纯W中的稳定多空位复合体不包括双空位，第一性原理计算发现从第1近邻至第5近邻位置，双空位间相互作用均为排斥力)、小尺寸团簇，最终乃至三维的孔洞.Gilbert等[49]比较纯W中多种构型团簇的形成能发现，单个自间隙原子因形成能≥9.548 eV(晶格畸变高)[40]，其团簇最倾向于二维位错环构型；而对于空位团簇，三维复合体永远是能量最低构型，位错环仅为亚稳结构.但在热峰阶段，由于碰撞级联芯部空位浓度非常高，三维的空位团簇也可能崩塌为二维的位错环.崩塌几率与级联内的能量密度(空位浓度)、级联附近有无自由表面、温度等因素有关[50~53]. ...
Direct observation of size scaling and elastic interaction between nano-scale defects in collision cascades
4
2015
... 为进一步检验辐照缺陷尺寸与数量的幂律分布，Yi等[54]设计了深低温原位W+离子辐照实验，并结合透射电镜弱束暗场成像追踪了纯W中辐照缺陷产生的动态过程.辐照实验温度(30 K)、入射离子能量(50~400 keV)、入射几何均与Sand等[34,36~38]的分子动力学模拟条件基本一致.注入离子剂量约1016 ions/m2，无级联区重叠.实验观测结果与分子动力学预测的缺陷幂律分布高度一致，仅系数A和S略有差别.作者分析幂律分布特征时还发现，缺陷团簇存在极限尺寸，并且不随PKA能量的升高而持续增大.这主要与碰撞级联的分裂行为有关.对于纯W，其临界分裂PKA能量接近160 keV.这时热峰阶段级联熔融区域尺寸达到极大值，淬火终了阶段形成缺陷团簇的最大尺寸可视为该熔融区域的最大投影尺寸.据此，De Backer等[35]通过BCA计算指出在纯W中n的极限为1450，相当于一个直径10.3 nm的1/2<111>位错环，这一估算与Yi等[54]的实验观察结果相符；当PKA能量超过级联分裂临界能量时，辐照缺陷的团簇行为可以转为由2组幂律分布的乘积来描述，即：一组对应子级联尺寸，另一组对应子级联内部的缺陷团簇尺寸.这一成果不仅用统一的数学模型定量描述了碰撞级联分裂与未分裂状态下的辐照缺陷特征，而且再次验证了碰撞级联的统计分形特性. ...
... [54]的实验观察结果相符；当PKA能量超过级联分裂临界能量时，辐照缺陷的团簇行为可以转为由2组幂律分布的乘积来描述，即：一组对应子级联尺寸，另一组对应子级联内部的缺陷团簇尺寸.这一成果不仅用统一的数学模型定量描述了碰撞级联分裂与未分裂状态下的辐照缺陷特征，而且再次验证了碰撞级联的统计分形特性. ...
... 揭示辐照缺陷的空间分布规律需要借助图像处理技术.Mason等[51,54,55]利用二维Gassian分布函数描述辐照缺陷团簇(位错环)的透射电镜弱束暗场衬度像，实现了大数据样本下的图像自动识别和尺寸分析，并确定了反映缺陷团簇空间分布规律的二维对分布函数(如图1[55]所示).应用于30 K、1016 W+/m2原位辐照实验，Mason等[51,55]发现当PKA能量从50 keV升至400 keV时，单个碰撞级联内出现2个以上可见缺陷(这里特指基于透射电镜衍射衬度可观察到的辐照缺陷，最小可分辨尺寸约1.5 nm)的概率是显著增加的，并且存在强位置关联性.这意味着碰撞级联内缺陷团簇的空间分布并不随机，而因弹性相互作用成对、成组出现.尽管上述情况仅占碰撞级联总数(可由离子注入剂量换算得知)的10%~20%，但强弹性相互作用保障了级联区内可见缺陷团簇的稳定存在，经时间累积可对后期微观结构的演变产生深远影响. ...
... 事实上，上述工作阐述的规律为一个经典的辐照损伤问题提供了解答.比较纯Fe (α-Fe)和纯W的离子辐照损伤行为，Jenkins等[56~59]和Robertson等[60]发现纯Fe中出现可见缺陷需要达到某个临界剂量，或者说需要一定的孕育周期.对于深低温下50~100 keV Fe+ 离子辐照，这个临界剂量约为8×1016 ions/m2[60]，也称孕育剂量(incubation dose).纯W则不同.Yi等[47,51,54,55]在原位观察深低温下50~400 keV W+离子辐照损伤时发现，可见缺陷均随辐照开始的瞬间而产生.2种金属的碰撞级联分裂特性及其内部缺陷群体特征造成了这种差异.纯Fe级联区分裂的临界PKA能量仅30 keV左右[35]，对应的缺陷团簇尺寸上限也较低，不易出现可见缺陷.但是当辐照剂量累积达到某个临界值，即级联区开始出现大规模重叠时，大量小尺寸缺陷团簇可通过合并反应长大至透射电镜衍衬观察所需的临界尺寸[61].这就是纯Fe中存在“孕育剂量”的根本原因.纯W的单个级联内部结构紧凑，发生分裂的PKA能量阈值在160 keV左右[35]，可产生的缺陷团簇尺寸上限显著高于纯Fe；团簇之间又因相对距离小，弹性相互作用显著，损伤微结构比较稳定.这些特征导致在原位辐照实验可观测的最小时间尺度上(约0.05 s)，金属W中级联损伤的产生与可见缺陷的出现几乎同步，可视为不需要孕育剂量. ...
Direct observation of the spatial distribution of primary cascade damage in tungsten
6
2018
... 揭示辐照缺陷的空间分布规律需要借助图像处理技术.Mason等[51,54,55]利用二维Gassian分布函数描述辐照缺陷团簇(位错环)的透射电镜弱束暗场衬度像，实现了大数据样本下的图像自动识别和尺寸分析，并确定了反映缺陷团簇空间分布规律的二维对分布函数(如图1[55]所示).应用于30 K、1016 W+/m2原位辐照实验，Mason等[51,55]发现当PKA能量从50 keV升至400 keV时，单个碰撞级联内出现2个以上可见缺陷(这里特指基于透射电镜衍射衬度可观察到的辐照缺陷，最小可分辨尺寸约1.5 nm)的概率是显著增加的，并且存在强位置关联性.这意味着碰撞级联内缺陷团簇的空间分布并不随机，而因弹性相互作用成对、成组出现.尽管上述情况仅占碰撞级联总数(可由离子注入剂量换算得知)的10%~20%，但强弹性相互作用保障了级联区内可见缺陷团簇的稳定存在，经时间累积可对后期微观结构的演变产生深远影响. ...
... [55]所示).应用于30 K、1016 W+/m2原位辐照实验，Mason等[51,55]发现当PKA能量从50 keV升至400 keV时，单个碰撞级联内出现2个以上可见缺陷(这里特指基于透射电镜衍射衬度可观察到的辐照缺陷，最小可分辨尺寸约1.5 nm)的概率是显著增加的，并且存在强位置关联性.这意味着碰撞级联内缺陷团簇的空间分布并不随机，而因弹性相互作用成对、成组出现.尽管上述情况仅占碰撞级联总数(可由离子注入剂量换算得知)的10%~20%，但强弹性相互作用保障了级联区内可见缺陷团簇的稳定存在，经时间累积可对后期微观结构的演变产生深远影响. ...
... ,55]发现当PKA能量从50 keV升至400 keV时，单个碰撞级联内出现2个以上可见缺陷(这里特指基于透射电镜衍射衬度可观察到的辐照缺陷，最小可分辨尺寸约1.5 nm)的概率是显著增加的，并且存在强位置关联性.这意味着碰撞级联内缺陷团簇的空间分布并不随机，而因弹性相互作用成对、成组出现.尽管上述情况仅占碰撞级联总数(可由离子注入剂量换算得知)的10%~20%，但强弹性相互作用保障了级联区内可见缺陷团簇的稳定存在，经时间累积可对后期微观结构的演变产生深远影响. ...
... [
55]
(a) high-precision automated defect cluster detection and size analysis based on the mapping of defect contrasts to 2D Gaussians(b) analysis of spatial correlations of radiation defects based on 2D pairwise radial distribution function. ρ represents the separation distance of radiation defects. Conditions adopted for experiment data collection: 50-400 keV W+ irradiation, 30 K, fluence about 1016 W+/m2 (no cascade overlap), weak-beam dark-field contrast imaging with g= 200 and 110, excitation error sg=0.12-0.17 nm-1 ...
... (a) high-precision automated defect cluster detection and size analysis based on the mapping of defect contrasts to 2D Gaussians(b) analysis of spatial correlations of radiation defects based on 2D pairwise radial distribution function.
ρ represents the separation distance of radiation defects. Conditions adopted for experiment data collection: 50-400 keV W
+ irradiation, 30 K, fluence about 10
16 W
+/m
2 (no cascade overlap), weak-beam dark-field contrast imaging with
g= 200 and 110, excitation error
sg=
0.12-0.17 nm-1Spatial distribution analysis of radiation defects in individual collision cascades of tungsten<sup>[<xref ref-type="bibr" rid="R55">55</xref>]</sup>Fig.1事实上，上述工作阐述的规律为一个经典的辐照损伤问题提供了解答.比较纯Fe (α-Fe)和纯W的离子辐照损伤行为，Jenkins等[56~59]和Robertson等[60]发现纯Fe中出现可见缺陷需要达到某个临界剂量，或者说需要一定的孕育周期.对于深低温下50~100 keV Fe+ 离子辐照，这个临界剂量约为8×1016 ions/m2[60]，也称孕育剂量(incubation dose).纯W则不同.Yi等[47,51,54,55]在原位观察深低温下50~400 keV W+离子辐照损伤时发现，可见缺陷均随辐照开始的瞬间而产生.2种金属的碰撞级联分裂特性及其内部缺陷群体特征造成了这种差异.纯Fe级联区分裂的临界PKA能量仅30 keV左右[35]，对应的缺陷团簇尺寸上限也较低，不易出现可见缺陷.但是当辐照剂量累积达到某个临界值，即级联区开始出现大规模重叠时，大量小尺寸缺陷团簇可通过合并反应长大至透射电镜衍衬观察所需的临界尺寸[61].这就是纯Fe中存在“孕育剂量”的根本原因.纯W的单个级联内部结构紧凑，发生分裂的PKA能量阈值在160 keV左右[35]，可产生的缺陷团簇尺寸上限显著高于纯Fe；团簇之间又因相对距离小，弹性相互作用显著，损伤微结构比较稳定.这些特征导致在原位辐照实验可观测的最小时间尺度上(约0.05 s)，金属W中级联损伤的产生与可见缺陷的出现几乎同步，可视为不需要孕育剂量. ...
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... 事实上，上述工作阐述的规律为一个经典的辐照损伤问题提供了解答.比较纯Fe (α-Fe)和纯W的离子辐照损伤行为，Jenkins等[56~59]和Robertson等[60]发现纯Fe中出现可见缺陷需要达到某个临界剂量，或者说需要一定的孕育周期.对于深低温下50~100 keV Fe+ 离子辐照，这个临界剂量约为8×1016 ions/m2[60]，也称孕育剂量(incubation dose).纯W则不同.Yi等[47,51,54,55]在原位观察深低温下50~400 keV W+离子辐照损伤时发现，可见缺陷均随辐照开始的瞬间而产生.2种金属的碰撞级联分裂特性及其内部缺陷群体特征造成了这种差异.纯Fe级联区分裂的临界PKA能量仅30 keV左右[35]，对应的缺陷团簇尺寸上限也较低，不易出现可见缺陷.但是当辐照剂量累积达到某个临界值，即级联区开始出现大规模重叠时，大量小尺寸缺陷团簇可通过合并反应长大至透射电镜衍衬观察所需的临界尺寸[61].这就是纯Fe中存在“孕育剂量”的根本原因.纯W的单个级联内部结构紧凑，发生分裂的PKA能量阈值在160 keV左右[35]，可产生的缺陷团簇尺寸上限显著高于纯Fe；团簇之间又因相对距离小，弹性相互作用显著，损伤微结构比较稳定.这些特征导致在原位辐照实验可观测的最小时间尺度上(约0.05 s)，金属W中级联损伤的产生与可见缺陷的出现几乎同步，可视为不需要孕育剂量. ...
Heavy-ion irradiation of α-iron
1
1978
... 事实上，上述工作阐述的规律为一个经典的辐照损伤问题提供了解答.比较纯Fe (α-Fe)和纯W的离子辐照损伤行为，Jenkins等[56~59]和Robertson等[60]发现纯Fe中出现可见缺陷需要达到某个临界剂量，或者说需要一定的孕育周期.对于深低温下50~100 keV Fe+ 离子辐照，这个临界剂量约为8×1016 ions/m2[60]，也称孕育剂量(incubation dose).纯W则不同.Yi等[47,51,54,55]在原位观察深低温下50~400 keV W+离子辐照损伤时发现，可见缺陷均随辐照开始的瞬间而产生.2种金属的碰撞级联分裂特性及其内部缺陷群体特征造成了这种差异.纯Fe级联区分裂的临界PKA能量仅30 keV左右[35]，对应的缺陷团簇尺寸上限也较低，不易出现可见缺陷.但是当辐照剂量累积达到某个临界值，即级联区开始出现大规模重叠时，大量小尺寸缺陷团簇可通过合并反应长大至透射电镜衍衬观察所需的临界尺寸[61].这就是纯Fe中存在“孕育剂量”的根本原因.纯W的单个级联内部结构紧凑，发生分裂的PKA能量阈值在160 keV左右[35]，可产生的缺陷团簇尺寸上限显著高于纯Fe；团簇之间又因相对距离小，弹性相互作用显著，损伤微结构比较稳定.这些特征导致在原位辐照实验可观测的最小时间尺度上(约0.05 s)，金属W中级联损伤的产生与可见缺陷的出现几乎同步，可视为不需要孕育剂量. ...
Insight into cascade processes arising from studies of cascade collapse
1987
Low-dose neutron-irradiation damage in α-iron
1982
Heavy-ion irradiations of Fe and Fe-Cr model alloys Part 1: Damage evolution in thin-foils at lower doses
1
2008
... 事实上，上述工作阐述的规律为一个经典的辐照损伤问题提供了解答.比较纯Fe (α-Fe)和纯W的离子辐照损伤行为，Jenkins等[56~59]和Robertson等[60]发现纯Fe中出现可见缺陷需要达到某个临界剂量，或者说需要一定的孕育周期.对于深低温下50~100 keV Fe+ 离子辐照，这个临界剂量约为8×1016 ions/m2[60]，也称孕育剂量(incubation dose).纯W则不同.Yi等[47,51,54,55]在原位观察深低温下50~400 keV W+离子辐照损伤时发现，可见缺陷均随辐照开始的瞬间而产生.2种金属的碰撞级联分裂特性及其内部缺陷群体特征造成了这种差异.纯Fe级联区分裂的临界PKA能量仅30 keV左右[35]，对应的缺陷团簇尺寸上限也较低，不易出现可见缺陷.但是当辐照剂量累积达到某个临界值，即级联区开始出现大规模重叠时，大量小尺寸缺陷团簇可通过合并反应长大至透射电镜衍衬观察所需的临界尺寸[61].这就是纯Fe中存在“孕育剂量”的根本原因.纯W的单个级联内部结构紧凑，发生分裂的PKA能量阈值在160 keV左右[35]，可产生的缺陷团簇尺寸上限显著高于纯Fe；团簇之间又因相对距离小，弹性相互作用显著，损伤微结构比较稳定.这些特征导致在原位辐照实验可观测的最小时间尺度上(约0.05 s)，金属W中级联损伤的产生与可见缺陷的出现几乎同步，可视为不需要孕育剂量. ...
Formation of dislocation loops in iron by self-ion irradiations at 40 K
2
1984
... 事实上，上述工作阐述的规律为一个经典的辐照损伤问题提供了解答.比较纯Fe (α-Fe)和纯W的离子辐照损伤行为，Jenkins等[56~59]和Robertson等[60]发现纯Fe中出现可见缺陷需要达到某个临界剂量，或者说需要一定的孕育周期.对于深低温下50~100 keV Fe+ 离子辐照，这个临界剂量约为8×1016 ions/m2[60]，也称孕育剂量(incubation dose).纯W则不同.Yi等[47,51,54,55]在原位观察深低温下50~400 keV W+离子辐照损伤时发现，可见缺陷均随辐照开始的瞬间而产生.2种金属的碰撞级联分裂特性及其内部缺陷群体特征造成了这种差异.纯Fe级联区分裂的临界PKA能量仅30 keV左右[35]，对应的缺陷团簇尺寸上限也较低，不易出现可见缺陷.但是当辐照剂量累积达到某个临界值，即级联区开始出现大规模重叠时，大量小尺寸缺陷团簇可通过合并反应长大至透射电镜衍衬观察所需的临界尺寸[61].这就是纯Fe中存在“孕育剂量”的根本原因.纯W的单个级联内部结构紧凑，发生分裂的PKA能量阈值在160 keV左右[35]，可产生的缺陷团簇尺寸上限显著高于纯Fe；团簇之间又因相对距离小，弹性相互作用显著，损伤微结构比较稳定.这些特征导致在原位辐照实验可观测的最小时间尺度上(约0.05 s)，金属W中级联损伤的产生与可见缺陷的出现几乎同步，可视为不需要孕育剂量. ...
... 2[60]，也称孕育剂量(incubation dose).纯W则不同.Yi等[47,51,54,55]在原位观察深低温下50~400 keV W+离子辐照损伤时发现，可见缺陷均随辐照开始的瞬间而产生.2种金属的碰撞级联分裂特性及其内部缺陷群体特征造成了这种差异.纯Fe级联区分裂的临界PKA能量仅30 keV左右[35]，对应的缺陷团簇尺寸上限也较低，不易出现可见缺陷.但是当辐照剂量累积达到某个临界值，即级联区开始出现大规模重叠时，大量小尺寸缺陷团簇可通过合并反应长大至透射电镜衍衬观察所需的临界尺寸[61].这就是纯Fe中存在“孕育剂量”的根本原因.纯W的单个级联内部结构紧凑，发生分裂的PKA能量阈值在160 keV左右[35]，可产生的缺陷团簇尺寸上限显著高于纯Fe；团簇之间又因相对距离小，弹性相互作用显著，损伤微结构比较稳定.这些特征导致在原位辐照实验可观测的最小时间尺度上(约0.05 s)，金属W中级联损伤的产生与可见缺陷的出现几乎同步，可视为不需要孕育剂量. ...
Defect structures and statistics in overlapping cascade damage in fusion-relevant bcc metals
1
2018
... 事实上，上述工作阐述的规律为一个经典的辐照损伤问题提供了解答.比较纯Fe (α-Fe)和纯W的离子辐照损伤行为，Jenkins等[56~59]和Robertson等[60]发现纯Fe中出现可见缺陷需要达到某个临界剂量，或者说需要一定的孕育周期.对于深低温下50~100 keV Fe+ 离子辐照，这个临界剂量约为8×1016 ions/m2[60]，也称孕育剂量(incubation dose).纯W则不同.Yi等[47,51,54,55]在原位观察深低温下50~400 keV W+离子辐照损伤时发现，可见缺陷均随辐照开始的瞬间而产生.2种金属的碰撞级联分裂特性及其内部缺陷群体特征造成了这种差异.纯Fe级联区分裂的临界PKA能量仅30 keV左右[35]，对应的缺陷团簇尺寸上限也较低，不易出现可见缺陷.但是当辐照剂量累积达到某个临界值，即级联区开始出现大规模重叠时，大量小尺寸缺陷团簇可通过合并反应长大至透射电镜衍衬观察所需的临界尺寸[61].这就是纯Fe中存在“孕育剂量”的根本原因.纯W的单个级联内部结构紧凑，发生分裂的PKA能量阈值在160 keV左右[35]，可产生的缺陷团簇尺寸上限显著高于纯Fe；团簇之间又因相对距离小，弹性相互作用显著，损伤微结构比较稳定.这些特征导致在原位辐照实验可观测的最小时间尺度上(约0.05 s)，金属W中级联损伤的产生与可见缺陷的出现几乎同步，可视为不需要孕育剂量. ...
Detection of one-dimensional migration of single self-interstitial atoms in tungsten using high-voltage electron microscopy
1
2016
... 在bcc结构的金属W中，理论计算预测已指出辐照引入的自间隙原子以<111>挤子为最稳定构型，并且可自发聚合形成更大尺寸团簇，从而有利于透射电镜追踪观测[40,62].Arakawa等[63]和Amino等[64]结合深低温技术和超高压透射电镜原位观察证实了高纯W (> 99.9999%，质量分数)中的自间隙原子团簇主要为1/2<111>位错环，可沿其Burgers矢量方向进行一维长程迁移运动.长程迁移的机理与温度(T)密切相关.当T≤θD/3时(θD：Debye特征温度)，即101 K左右，自间隙缺陷团簇的长程迁移通过吸收声子来驱动和维持，遵循量子机制；当T >θD/3时，自间隙缺陷团簇的长程迁移表现为热激活过程，遵循Arrhenius定律，迁移能<0.1 eV.相比之下，辐照过程引入的空位迁移能非常高(1.78 eV[40])，若形成三维团簇后迁移能力进一步降低.一般地，金属W中辐照缺陷的长程迁移主要指<111>构型的自间隙缺陷的迁移. ...
Quantum de-trapping and transport of heavy defects in tungsten
1
2020
... 在bcc结构的金属W中，理论计算预测已指出辐照引入的自间隙原子以<111>挤子为最稳定构型，并且可自发聚合形成更大尺寸团簇，从而有利于透射电镜追踪观测[40,62].Arakawa等[63]和Amino等[64]结合深低温技术和超高压透射电镜原位观察证实了高纯W (> 99.9999%，质量分数)中的自间隙原子团簇主要为1/2<111>位错环，可沿其Burgers矢量方向进行一维长程迁移运动.长程迁移的机理与温度(T)密切相关.当T≤θD/3时(θD：Debye特征温度)，即101 K左右，自间隙缺陷团簇的长程迁移通过吸收声子来驱动和维持，遵循量子机制；当T >θD/3时，自间隙缺陷团簇的长程迁移表现为热激活过程，遵循Arrhenius定律，迁移能<0.1 eV.相比之下，辐照过程引入的空位迁移能非常高(1.78 eV[40])，若形成三维团簇后迁移能力进一步降低.一般地，金属W中辐照缺陷的长程迁移主要指<111>构型的自间隙缺陷的迁移. ...
Activation energy for long-range migration of self-interstitial atoms in tungsten obtained by direct measurement of radiation-induced point-defect clusters
1
2011
... 在bcc结构的金属W中，理论计算预测已指出辐照引入的自间隙原子以<111>挤子为最稳定构型，并且可自发聚合形成更大尺寸团簇，从而有利于透射电镜追踪观测[40,62].Arakawa等[63]和Amino等[64]结合深低温技术和超高压透射电镜原位观察证实了高纯W (> 99.9999%，质量分数)中的自间隙原子团簇主要为1/2<111>位错环，可沿其Burgers矢量方向进行一维长程迁移运动.长程迁移的机理与温度(T)密切相关.当T≤θD/3时(θD：Debye特征温度)，即101 K左右，自间隙缺陷团簇的长程迁移通过吸收声子来驱动和维持，遵循量子机制；当T >θD/3时，自间隙缺陷团簇的长程迁移表现为热激活过程，遵循Arrhenius定律，迁移能<0.1 eV.相比之下，辐照过程引入的空位迁移能非常高(1.78 eV[40])，若形成三维团簇后迁移能力进一步降低.一般地，金属W中辐照缺陷的长程迁移主要指<111>构型的自间隙缺陷的迁移. ...
Superlattice of voids in neutron-irradiated tungsten
2
1972
... 自间隙缺陷的长程输运加速了微观损伤组织的非均匀演化，并在缺陷弹性相互作用和缺陷反应的叠加作用下衍生出2种代表性损伤组织：孔洞超点阵(void superlattice)和位错环筏形组态(loop rafting).经高温快堆中子辐照(823~1023 K，1.5 dpa)，科研人员[65~67]在金属W的损伤组织中发现了孔洞超点阵结构.孔洞的平均尺寸约3~5 nm；而超点阵仍保有bcc结构，晶格常数约20 nm.人们在高能气体离子辐照的金属W中也发现了类似的超点阵结构，但晶格常数减小了5~10倍[65,68,69].一般认为，辐照空位团簇的迁移速率低，空间分布相对均匀；而自间隙缺陷团簇的长程、各向异性迁移和缺陷复合反应选择性地移除了部分扩散路径上的空位团簇，残留的群体组成了孔洞超点阵[69].位错环筏形组态的形成综合了自间隙缺陷的长程迁移和弹性相互作用，高温条件下还涉及缺陷反应，在离子和中子辐照实验中均有报道[47,70].Wen等[71]和Dudarev等[72]总结了位错环筏形组态的形成机理：同一筏形组态内的位错环均为间隙性质，且具有相同的1/2<111> Burgers矢量变体(如±1/2[111]、±1/2[]等)；经一维长程迁移，也就是位错环的滑移过程，相邻位错环之间的弹性吸引、位错环惯习面的偏转，自组织形成稳定的筏形结构.图2[47]以150 keV W+原位辐照实验观察为例展示了钨材料中的上述演化过程.El-Atwani等[73]证实位错环筏形组态的出现不受温度、辐照剂量率和晶粒取向影响，但需要满足临界辐照剂量.随着温度的升高，筏形组态内的位错环进一步发生合并反应，经自攀移演化成“手指状”位错环，尺寸显著增加.当有其他Burgers矢量或Burgers矢量变体的间隙型位错环靠近时，这些“手指状”位错环还可继续吸收他们并长大，但Burgers矢量保持不变.Arakawa等[74]发现这是一项描述纳米尺度位错环合并反应的普适规律：当2个位错环相互碰撞发生合并反应时，反应产物仍为位错环，且Burgers矢量(包括变体)与尺寸较大者相同. ...
... [65,68,69].一般认为，辐照空位团簇的迁移速率低，空间分布相对均匀；而自间隙缺陷团簇的长程、各向异性迁移和缺陷复合反应选择性地移除了部分扩散路径上的空位团簇，残留的群体组成了孔洞超点阵[69].位错环筏形组态的形成综合了自间隙缺陷的长程迁移和弹性相互作用，高温条件下还涉及缺陷反应，在离子和中子辐照实验中均有报道[47,70].Wen等[71]和Dudarev等[72]总结了位错环筏形组态的形成机理：同一筏形组态内的位错环均为间隙性质，且具有相同的1/2<111> Burgers矢量变体(如±1/2[111]、±1/2[]等)；经一维长程迁移，也就是位错环的滑移过程，相邻位错环之间的弹性吸引、位错环惯习面的偏转，自组织形成稳定的筏形结构.图2[47]以150 keV W+原位辐照实验观察为例展示了钨材料中的上述演化过程.El-Atwani等[73]证实位错环筏形组态的出现不受温度、辐照剂量率和晶粒取向影响，但需要满足临界辐照剂量.随着温度的升高，筏形组态内的位错环进一步发生合并反应，经自攀移演化成“手指状”位错环，尺寸显著增加.当有其他Burgers矢量或Burgers矢量变体的间隙型位错环靠近时，这些“手指状”位错环还可继续吸收他们并长大，但Burgers矢量保持不变.Arakawa等[74]发现这是一项描述纳米尺度位错环合并反应的普适规律：当2个位错环相互碰撞发生合并反应时，反应产物仍为位错环，且Burgers矢量(包括变体)与尺寸较大者相同. ...
An energetic and kinetic perspective of the grain-boundary role in healing radiation damage in tungsten
1
2013
... 在新型钨材料的抗辐照损伤研发中，辐照缺陷与界面(晶界、相界)的相互作用受到广泛关注[103,104].据理论预测[66]，晶界的存在大幅降低了邻近位置辐照缺陷(特别是自间隙缺陷)的形成能和扩散势垒，并且在邻近位置形成辐照空位与自间隙原子的低能垒复合湮灭区域，有效促进了辐照缺陷的捕获、吸收和复合，从而使材料表现出辐照“自愈合”行为.研究人员分析晶界密度、晶界类型影响，发现了与上述机理吻合的实验规律[105~107]：(1) 晶界密度高的纳米晶W (<100 nm)相比超细晶W (100~500 nm)在高能粒子辐照中表现出更强的抗辐照行为，辐照缺陷团簇的数密度在低于临界晶粒尺寸时呈指数衰减；(2) 大角度晶界比小角度晶界具有更强的辐照缺陷吸收效率，并且界面附近出现的缺陷洁净区宽度超出数倍.金属W基体添加纳米弥散相(K泡；ZrC、TiC碳化物；Y2O3氧化物等[108~111])改善了原始态材料的抗冲击韧性，同时也通过大量相界面(半共格、非共格为主)的引入，促进了辐照缺陷的吸收和复合.纳米弥散相界面与辐照缺陷的相互作用机理与晶界类似，但表现出更强的尾闾强度(sink strength)[112]，可超出纳米晶材料1~2个量级[113,114] (据Bullough元胞模型预测[109]，晶粒尺寸在35~100 nm范围的纳米晶W的晶界尾闾强度为(1.5~12) × 1015 m-2).近年来新材料研发常将“晶界”与“纳米弥散相”2种设计策略组合使用，并基于晶界与相界的协同调控获得更优的材料抗辐照能力[109,110]. ...
Effects of transmutation elements on the microstructural evolution and electrical resistivity of neutron-irradiated tungsten
1
2009
... 自间隙缺陷的长程输运加速了微观损伤组织的非均匀演化，并在缺陷弹性相互作用和缺陷反应的叠加作用下衍生出2种代表性损伤组织：孔洞超点阵(void superlattice)和位错环筏形组态(loop rafting).经高温快堆中子辐照(823~1023 K，1.5 dpa)，科研人员[65~67]在金属W的损伤组织中发现了孔洞超点阵结构.孔洞的平均尺寸约3~5 nm；而超点阵仍保有bcc结构，晶格常数约20 nm.人们在高能气体离子辐照的金属W中也发现了类似的超点阵结构，但晶格常数减小了5~10倍[65,68,69].一般认为，辐照空位团簇的迁移速率低，空间分布相对均匀；而自间隙缺陷团簇的长程、各向异性迁移和缺陷复合反应选择性地移除了部分扩散路径上的空位团簇，残留的群体组成了孔洞超点阵[69].位错环筏形组态的形成综合了自间隙缺陷的长程迁移和弹性相互作用，高温条件下还涉及缺陷反应，在离子和中子辐照实验中均有报道[47,70].Wen等[71]和Dudarev等[72]总结了位错环筏形组态的形成机理：同一筏形组态内的位错环均为间隙性质，且具有相同的1/2<111> Burgers矢量变体(如±1/2[111]、±1/2[]等)；经一维长程迁移，也就是位错环的滑移过程，相邻位错环之间的弹性吸引、位错环惯习面的偏转，自组织形成稳定的筏形结构.图2[47]以150 keV W+原位辐照实验观察为例展示了钨材料中的上述演化过程.El-Atwani等[73]证实位错环筏形组态的出现不受温度、辐照剂量率和晶粒取向影响，但需要满足临界辐照剂量.随着温度的升高，筏形组态内的位错环进一步发生合并反应，经自攀移演化成“手指状”位错环，尺寸显著增加.当有其他Burgers矢量或Burgers矢量变体的间隙型位错环靠近时，这些“手指状”位错环还可继续吸收他们并长大，但Burgers矢量保持不变.Arakawa等[74]发现这是一项描述纳米尺度位错环合并反应的普适规律：当2个位错环相互碰撞发生合并反应时，反应产物仍为位错环，且Burgers矢量(包括变体)与尺寸较大者相同. ...
Gas-bubble superlattice formation in bcc metals
1
1995
... 自间隙缺陷的长程输运加速了微观损伤组织的非均匀演化，并在缺陷弹性相互作用和缺陷反应的叠加作用下衍生出2种代表性损伤组织：孔洞超点阵(void superlattice)和位错环筏形组态(loop rafting).经高温快堆中子辐照(823~1023 K，1.5 dpa)，科研人员[65~67]在金属W的损伤组织中发现了孔洞超点阵结构.孔洞的平均尺寸约3~5 nm；而超点阵仍保有bcc结构，晶格常数约20 nm.人们在高能气体离子辐照的金属W中也发现了类似的超点阵结构，但晶格常数减小了5~10倍[65,68,69].一般认为，辐照空位团簇的迁移速率低，空间分布相对均匀；而自间隙缺陷团簇的长程、各向异性迁移和缺陷复合反应选择性地移除了部分扩散路径上的空位团簇，残留的群体组成了孔洞超点阵[69].位错环筏形组态的形成综合了自间隙缺陷的长程迁移和弹性相互作用，高温条件下还涉及缺陷反应，在离子和中子辐照实验中均有报道[47,70].Wen等[71]和Dudarev等[72]总结了位错环筏形组态的形成机理：同一筏形组态内的位错环均为间隙性质，且具有相同的1/2<111> Burgers矢量变体(如±1/2[111]、±1/2[]等)；经一维长程迁移，也就是位错环的滑移过程，相邻位错环之间的弹性吸引、位错环惯习面的偏转，自组织形成稳定的筏形结构.图2[47]以150 keV W+原位辐照实验观察为例展示了钨材料中的上述演化过程.El-Atwani等[73]证实位错环筏形组态的出现不受温度、辐照剂量率和晶粒取向影响，但需要满足临界辐照剂量.随着温度的升高，筏形组态内的位错环进一步发生合并反应，经自攀移演化成“手指状”位错环，尺寸显著增加.当有其他Burgers矢量或Burgers矢量变体的间隙型位错环靠近时，这些“手指状”位错环还可继续吸收他们并长大，但Burgers矢量保持不变.Arakawa等[74]发现这是一项描述纳米尺度位错环合并反应的普适规律：当2个位错环相互碰撞发生合并反应时，反应产物仍为位错环，且Burgers矢量(包括变体)与尺寸较大者相同. ...
Engineering self-organising helium bubble lattices in tungsten
2
2017
... 自间隙缺陷的长程输运加速了微观损伤组织的非均匀演化，并在缺陷弹性相互作用和缺陷反应的叠加作用下衍生出2种代表性损伤组织：孔洞超点阵(void superlattice)和位错环筏形组态(loop rafting).经高温快堆中子辐照(823~1023 K，1.5 dpa)，科研人员[65~67]在金属W的损伤组织中发现了孔洞超点阵结构.孔洞的平均尺寸约3~5 nm；而超点阵仍保有bcc结构，晶格常数约20 nm.人们在高能气体离子辐照的金属W中也发现了类似的超点阵结构，但晶格常数减小了5~10倍[65,68,69].一般认为，辐照空位团簇的迁移速率低，空间分布相对均匀；而自间隙缺陷团簇的长程、各向异性迁移和缺陷复合反应选择性地移除了部分扩散路径上的空位团簇，残留的群体组成了孔洞超点阵[69].位错环筏形组态的形成综合了自间隙缺陷的长程迁移和弹性相互作用，高温条件下还涉及缺陷反应，在离子和中子辐照实验中均有报道[47,70].Wen等[71]和Dudarev等[72]总结了位错环筏形组态的形成机理：同一筏形组态内的位错环均为间隙性质，且具有相同的1/2<111> Burgers矢量变体(如±1/2[111]、±1/2[]等)；经一维长程迁移，也就是位错环的滑移过程，相邻位错环之间的弹性吸引、位错环惯习面的偏转，自组织形成稳定的筏形结构.图2[47]以150 keV W+原位辐照实验观察为例展示了钨材料中的上述演化过程.El-Atwani等[73]证实位错环筏形组态的出现不受温度、辐照剂量率和晶粒取向影响，但需要满足临界辐照剂量.随着温度的升高，筏形组态内的位错环进一步发生合并反应，经自攀移演化成“手指状”位错环，尺寸显著增加.当有其他Burgers矢量或Burgers矢量变体的间隙型位错环靠近时，这些“手指状”位错环还可继续吸收他们并长大，但Burgers矢量保持不变.Arakawa等[74]发现这是一项描述纳米尺度位错环合并反应的普适规律：当2个位错环相互碰撞发生合并反应时，反应产物仍为位错环，且Burgers矢量(包括变体)与尺寸较大者相同. ...
... [69].位错环筏形组态的形成综合了自间隙缺陷的长程迁移和弹性相互作用，高温条件下还涉及缺陷反应，在离子和中子辐照实验中均有报道[47,70].Wen等[71]和Dudarev等[72]总结了位错环筏形组态的形成机理：同一筏形组态内的位错环均为间隙性质，且具有相同的1/2<111> Burgers矢量变体(如±1/2[111]、±1/2[]等)；经一维长程迁移，也就是位错环的滑移过程，相邻位错环之间的弹性吸引、位错环惯习面的偏转，自组织形成稳定的筏形结构.图2[47]以150 keV W+原位辐照实验观察为例展示了钨材料中的上述演化过程.El-Atwani等[73]证实位错环筏形组态的出现不受温度、辐照剂量率和晶粒取向影响，但需要满足临界辐照剂量.随着温度的升高，筏形组态内的位错环进一步发生合并反应，经自攀移演化成“手指状”位错环，尺寸显著增加.当有其他Burgers矢量或Burgers矢量变体的间隙型位错环靠近时，这些“手指状”位错环还可继续吸收他们并长大，但Burgers矢量保持不变.Arakawa等[74]发现这是一项描述纳米尺度位错环合并反应的普适规律：当2个位错环相互碰撞发生合并反应时，反应产物仍为位错环，且Burgers矢量(包括变体)与尺寸较大者相同. ...
Rafting” in neutron irradiated tungsten
1
1973
... 自间隙缺陷的长程输运加速了微观损伤组织的非均匀演化，并在缺陷弹性相互作用和缺陷反应的叠加作用下衍生出2种代表性损伤组织：孔洞超点阵(void superlattice)和位错环筏形组态(loop rafting).经高温快堆中子辐照(823~1023 K，1.5 dpa)，科研人员[65~67]在金属W的损伤组织中发现了孔洞超点阵结构.孔洞的平均尺寸约3~5 nm；而超点阵仍保有bcc结构，晶格常数约20 nm.人们在高能气体离子辐照的金属W中也发现了类似的超点阵结构，但晶格常数减小了5~10倍[65,68,69].一般认为，辐照空位团簇的迁移速率低，空间分布相对均匀；而自间隙缺陷团簇的长程、各向异性迁移和缺陷复合反应选择性地移除了部分扩散路径上的空位团簇，残留的群体组成了孔洞超点阵[69].位错环筏形组态的形成综合了自间隙缺陷的长程迁移和弹性相互作用，高温条件下还涉及缺陷反应，在离子和中子辐照实验中均有报道[47,70].Wen等[71]和Dudarev等[72]总结了位错环筏形组态的形成机理：同一筏形组态内的位错环均为间隙性质，且具有相同的1/2<111> Burgers矢量变体(如±1/2[111]、±1/2[]等)；经一维长程迁移，也就是位错环的滑移过程，相邻位错环之间的弹性吸引、位错环惯习面的偏转，自组织形成稳定的筏形结构.图2[47]以150 keV W+原位辐照实验观察为例展示了钨材料中的上述演化过程.El-Atwani等[73]证实位错环筏形组态的出现不受温度、辐照剂量率和晶粒取向影响，但需要满足临界辐照剂量.随着温度的升高，筏形组态内的位错环进一步发生合并反应，经自攀移演化成“手指状”位错环，尺寸显著增加.当有其他Burgers矢量或Burgers矢量变体的间隙型位错环靠近时，这些“手指状”位错环还可继续吸收他们并长大，但Burgers矢量保持不变.Arakawa等[74]发现这是一项描述纳米尺度位错环合并反应的普适规律：当2个位错环相互碰撞发生合并反应时，反应产物仍为位错环，且Burgers矢量(包括变体)与尺寸较大者相同. ...
Dislocation decoration and raft formation in irradiated materials
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2005
... 自间隙缺陷的长程输运加速了微观损伤组织的非均匀演化，并在缺陷弹性相互作用和缺陷反应的叠加作用下衍生出2种代表性损伤组织：孔洞超点阵(void superlattice)和位错环筏形组态(loop rafting).经高温快堆中子辐照(823~1023 K，1.5 dpa)，科研人员[65~67]在金属W的损伤组织中发现了孔洞超点阵结构.孔洞的平均尺寸约3~5 nm；而超点阵仍保有bcc结构，晶格常数约20 nm.人们在高能气体离子辐照的金属W中也发现了类似的超点阵结构，但晶格常数减小了5~10倍[65,68,69].一般认为，辐照空位团簇的迁移速率低，空间分布相对均匀；而自间隙缺陷团簇的长程、各向异性迁移和缺陷复合反应选择性地移除了部分扩散路径上的空位团簇，残留的群体组成了孔洞超点阵[69].位错环筏形组态的形成综合了自间隙缺陷的长程迁移和弹性相互作用，高温条件下还涉及缺陷反应，在离子和中子辐照实验中均有报道[47,70].Wen等[71]和Dudarev等[72]总结了位错环筏形组态的形成机理：同一筏形组态内的位错环均为间隙性质，且具有相同的1/2<111> Burgers矢量变体(如±1/2[111]、±1/2[]等)；经一维长程迁移，也就是位错环的滑移过程，相邻位错环之间的弹性吸引、位错环惯习面的偏转，自组织形成稳定的筏形结构.图2[47]以150 keV W+原位辐照实验观察为例展示了钨材料中的上述演化过程.El-Atwani等[73]证实位错环筏形组态的出现不受温度、辐照剂量率和晶粒取向影响，但需要满足临界辐照剂量.随着温度的升高，筏形组态内的位错环进一步发生合并反应，经自攀移演化成“手指状”位错环，尺寸显著增加.当有其他Burgers矢量或Burgers矢量变体的间隙型位错环靠近时，这些“手指状”位错环还可继续吸收他们并长大，但Burgers矢量保持不变.Arakawa等[74]发现这是一项描述纳米尺度位错环合并反应的普适规律：当2个位错环相互碰撞发生合并反应时，反应产物仍为位错环，且Burgers矢量(包括变体)与尺寸较大者相同. ...
Spatial ordering of nano-dislocation loops in ion-irradiated materials
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2014
... 自间隙缺陷的长程输运加速了微观损伤组织的非均匀演化，并在缺陷弹性相互作用和缺陷反应的叠加作用下衍生出2种代表性损伤组织：孔洞超点阵(void superlattice)和位错环筏形组态(loop rafting).经高温快堆中子辐照(823~1023 K，1.5 dpa)，科研人员[65~67]在金属W的损伤组织中发现了孔洞超点阵结构.孔洞的平均尺寸约3~5 nm；而超点阵仍保有bcc结构，晶格常数约20 nm.人们在高能气体离子辐照的金属W中也发现了类似的超点阵结构，但晶格常数减小了5~10倍[65,68,69].一般认为，辐照空位团簇的迁移速率低，空间分布相对均匀；而自间隙缺陷团簇的长程、各向异性迁移和缺陷复合反应选择性地移除了部分扩散路径上的空位团簇，残留的群体组成了孔洞超点阵[69].位错环筏形组态的形成综合了自间隙缺陷的长程迁移和弹性相互作用，高温条件下还涉及缺陷反应，在离子和中子辐照实验中均有报道[47,70].Wen等[71]和Dudarev等[72]总结了位错环筏形组态的形成机理：同一筏形组态内的位错环均为间隙性质，且具有相同的1/2<111> Burgers矢量变体(如±1/2[111]、±1/2[]等)；经一维长程迁移，也就是位错环的滑移过程，相邻位错环之间的弹性吸引、位错环惯习面的偏转，自组织形成稳定的筏形结构.图2[47]以150 keV W+原位辐照实验观察为例展示了钨材料中的上述演化过程.El-Atwani等[73]证实位错环筏形组态的出现不受温度、辐照剂量率和晶粒取向影响，但需要满足临界辐照剂量.随着温度的升高，筏形组态内的位错环进一步发生合并反应，经自攀移演化成“手指状”位错环，尺寸显著增加.当有其他Burgers矢量或Burgers矢量变体的间隙型位错环靠近时，这些“手指状”位错环还可继续吸收他们并长大，但Burgers矢量保持不变.Arakawa等[74]发现这是一项描述纳米尺度位错环合并反应的普适规律：当2个位错环相互碰撞发生合并反应时，反应产物仍为位错环，且Burgers矢量(包括变体)与尺寸较大者相同. ...
Detailed transmission electron microscopy study on the mechanism of dislocation loop rafting in tungsten
1
2018
... 自间隙缺陷的长程输运加速了微观损伤组织的非均匀演化，并在缺陷弹性相互作用和缺陷反应的叠加作用下衍生出2种代表性损伤组织：孔洞超点阵(void superlattice)和位错环筏形组态(loop rafting).经高温快堆中子辐照(823~1023 K，1.5 dpa)，科研人员[65~67]在金属W的损伤组织中发现了孔洞超点阵结构.孔洞的平均尺寸约3~5 nm；而超点阵仍保有bcc结构，晶格常数约20 nm.人们在高能气体离子辐照的金属W中也发现了类似的超点阵结构，但晶格常数减小了5~10倍[65,68,69].一般认为，辐照空位团簇的迁移速率低，空间分布相对均匀；而自间隙缺陷团簇的长程、各向异性迁移和缺陷复合反应选择性地移除了部分扩散路径上的空位团簇，残留的群体组成了孔洞超点阵[69].位错环筏形组态的形成综合了自间隙缺陷的长程迁移和弹性相互作用，高温条件下还涉及缺陷反应，在离子和中子辐照实验中均有报道[47,70].Wen等[71]和Dudarev等[72]总结了位错环筏形组态的形成机理：同一筏形组态内的位错环均为间隙性质，且具有相同的1/2<111> Burgers矢量变体(如±1/2[111]、±1/2[]等)；经一维长程迁移，也就是位错环的滑移过程，相邻位错环之间的弹性吸引、位错环惯习面的偏转，自组织形成稳定的筏形结构.图2[47]以150 keV W+原位辐照实验观察为例展示了钨材料中的上述演化过程.El-Atwani等[73]证实位错环筏形组态的出现不受温度、辐照剂量率和晶粒取向影响，但需要满足临界辐照剂量.随着温度的升高，筏形组态内的位错环进一步发生合并反应，经自攀移演化成“手指状”位错环，尺寸显著增加.当有其他Burgers矢量或Burgers矢量变体的间隙型位错环靠近时，这些“手指状”位错环还可继续吸收他们并长大，但Burgers矢量保持不变.Arakawa等[74]发现这是一项描述纳米尺度位错环合并反应的普适规律：当2个位错环相互碰撞发生合并反应时，反应产物仍为位错环，且Burgers矢量(包括变体)与尺寸较大者相同. ...
Direct observation of the coalescence process between nanoscale dislocation loops with different Burgers vectors
1
2011
... 自间隙缺陷的长程输运加速了微观损伤组织的非均匀演化，并在缺陷弹性相互作用和缺陷反应的叠加作用下衍生出2种代表性损伤组织：孔洞超点阵(void superlattice)和位错环筏形组态(loop rafting).经高温快堆中子辐照(823~1023 K，1.5 dpa)，科研人员[65~67]在金属W的损伤组织中发现了孔洞超点阵结构.孔洞的平均尺寸约3~5 nm；而超点阵仍保有bcc结构，晶格常数约20 nm.人们在高能气体离子辐照的金属W中也发现了类似的超点阵结构，但晶格常数减小了5~10倍[65,68,69].一般认为，辐照空位团簇的迁移速率低，空间分布相对均匀；而自间隙缺陷团簇的长程、各向异性迁移和缺陷复合反应选择性地移除了部分扩散路径上的空位团簇，残留的群体组成了孔洞超点阵[69].位错环筏形组态的形成综合了自间隙缺陷的长程迁移和弹性相互作用，高温条件下还涉及缺陷反应，在离子和中子辐照实验中均有报道[47,70].Wen等[71]和Dudarev等[72]总结了位错环筏形组态的形成机理：同一筏形组态内的位错环均为间隙性质，且具有相同的1/2<111> Burgers矢量变体(如±1/2[111]、±1/2[]等)；经一维长程迁移，也就是位错环的滑移过程，相邻位错环之间的弹性吸引、位错环惯习面的偏转，自组织形成稳定的筏形结构.图2[47]以150 keV W+原位辐照实验观察为例展示了钨材料中的上述演化过程.El-Atwani等[73]证实位错环筏形组态的出现不受温度、辐照剂量率和晶粒取向影响，但需要满足临界辐照剂量.随着温度的升高，筏形组态内的位错环进一步发生合并反应，经自攀移演化成“手指状”位错环，尺寸显著增加.当有其他Burgers矢量或Burgers矢量变体的间隙型位错环靠近时，这些“手指状”位错环还可继续吸收他们并长大，但Burgers矢量保持不变.Arakawa等[74]发现这是一项描述纳米尺度位错环合并反应的普适规律：当2个位错环相互碰撞发生合并反应时，反应产物仍为位错环，且Burgers矢量(包括变体)与尺寸较大者相同. ...
BCC metals in extreme environments: Modelling the structure and evolution of defects
1
2010
... 在金属W的辐照损伤组织演化进程中，辐照温度主要决定了缺陷及团簇的长程迁移能力.随着温度的升高，自间隙缺陷团簇与空位团簇的扩散系数各自增加，但绝对差异也逐步扩大.以二维团簇辐照位错环为例，一个3.7 nm 1/2<111>间隙型位错环在500 K时的扩散系数约为2 × 10-10 m2/s，是同等条件空位型位错环的3倍；在1000 K时，位错环扩散系数的差异扩大至5倍，加速了损伤组织的非均匀演化[75].辐照温度也决定了缺陷团簇的结构稳定性(1.3节)，影响实际参与组织演化的缺陷群体类型.参与组织演化的缺陷群体数量及规模则主要受辐照剂量控制.在辐照温度与剂量的协同作用下，缺陷及团簇的间距受到调控，弹性相互作用的强弱和发生缺陷反应的概率随之而发生变化[50].以上是辐照温度与剂量影响辐照损伤组织演化的基本原理，下面结合金属W的高能重核离子辐照和快堆中子辐照实验具体说明. ...
Characterisation of radiation damage in W and W-based alloys from 2 MeV self-ion near-bulk implantations
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2015
... Yi等[76]基于2 MeV W+离子辐照实验和透射电镜显微缺陷分析，定量描述了金属W在不同温度(573~1023 K)和剂量(0.4~30 dpa)条件下的辐照损伤演化规律，揭示了辐照缺陷群体的数量、分布、尺寸、几何构型和间隙-空位类型的辐照温度、剂量依存性.其中，辐照缺陷数量、分布和尺寸受温度、剂量协同作用影响显著.当辐照剂量超出临界值时，缺陷的数量规模呈现饱和，并在较低温度下更快达到饱和.例如当辐照温度Tirr =773 K时，临界饱和剂量约为3.6 dpa；而573 K时，临界饱和剂量降低至约1.2 dpa.Tirr ≥773 K或剂量(≥1.2 dpa)的升高还可促进损伤组织的非均匀演化，加速位错环筏形组态的形成和位错环尺寸粗化.辐照缺陷的几何构型以及间隙-空位类型主要受辐照温度影响，对辐照剂量的依存性较弱.由573 K升至1023 K，辐照位错环中1/2<111>的占比由80%增加至90%以上，其中间隙类型的比例由约50%增加至约95%.Tanno等[77]和Hasegawa等[78~80]综合日本JOYO快堆中子辐照数据，定性绘制了金属W的中子辐照损伤演化图谱(673~1023 K，0.17~1.54 dpa).从中子能谱特点来看，快堆的辐照条件接近聚变堆工况，比较适合模拟高能聚变中子的级联损伤效应.在低温(Tirr ≤773 K)、低剂量区间(<0.5 dpa)，辐照缺陷群体以孔洞为主，伴有少量位错环；而在高温(Tirr >773 K)、高剂量(≥0.5 dpa)区间，孔洞的平均尺寸增加逾3倍；其中在1 dpa左右，孔洞几乎完全取代位错环，并排列形成超点阵结构.他们预测[14,79]，当中子辐照剂量超10 dpa时，金属W中嬗变产物Re、Os的累积效应将不可忽略，可抑制孔洞的长大和有序排列，同时促进大量脆性相析出. ...
... 有关辐照剂量率的影响需结合同种辐照源和异种辐照源2种前提综合讨论.Chrominski等[81]和Schwarz-Selinger等[82]基于20 MeV W6+离子辐照研究了退火态纯W (99.97%，质量分数)在室温(RT)~800 K、0.23 dpa条件下的缺陷组态、密度(或浓度)随辐照剂量率的变化规律.发现，当辐照剂量率由4.1×10-6 dpa/s升高至5.0×10-3 dpa/s时，辐照样品中位错环的数密度增加近2倍，空间分布从离散状态转变为高度缠结的网络；但辐照样品的氘滞留总量并未出现显著变化，间接反映了此时辐照剂量率对辐照空位浓度的影响可能较小.高能重核离子辐照具有低感生放射性，在机理研究与材料筛选方面应用广泛，但辐照剂量率通常高出聚变堆服役工况3~4个量级[83]，由此引起研究人员对中子-离子辐照等效性问题的关注[84].值得注意的是，不同辐照源之间的辐照损伤组织比较本质上耦合了辐照剂量率和入射粒子的能谱差异影响.图3选取了日本JOYO快堆[14,85]、美国HFIR堆[86]及2 MeV W+离子束[76] 3种情况低剂量辐照数据进行分析，比较了相近辐照温度、剂量条件下纯W辐照缺陷的数密度(位错环或孔洞数量/(m3·dpa)).其中HFIR堆辐照热中子占比高，尽管辐照剂量率处于10-7 dpa/s量级，辐照点缺陷易与嬗变产物结合(详见2.3节)，该辐照条件下的位错环及孔洞数密度与缺陷复合程度高的2 MeV W+离子辐照情况相近.JOYO快堆的辐照剂量率在10-7~10-6 dpa/s范围，但中子能谱更接近聚变堆，嬗变反应产物较少，碰撞级联过程产生的高浓度点缺陷、特别是辐照空位经合并长大演化为孔洞，数密度达到1023~1024量级. ...
... ,
76,
85,
86]
Dose rate effect upon radiation defect densities (loops or voids) in tungsten (Neutron irradiations: HFIR, 0.6 dpa, 363-997 K<sup>[<xref ref-type="bibr" rid="R86">86</xref>]</sup>; JOYO, 0.17-0.44 dpa, 804-1029 K<sup>[<xref ref-type="bibr" rid="R14">14</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="R85">85</xref>]</sup>; ion irradiation: 2 MeV W<sup>+</sup>, 0.4 dpa, 573-773 K and 1.2 dpa, 1023 K<sup>[<xref ref-type="bibr" rid="R76">76</xref>]</sup>)Fig.3<strong>2.3 </strong>合金元素的影响金属W及钨基材料中的合金元素，或源于材料设计改性需求(如添加Cr、Y改善高温抗氧化性能；添加K提高抗冲击韧性)，或源于聚变堆服役工况下持续进行的核嬗变反应[87].以下重点讨论嬗变/合金元素对辐照缺陷及损伤组织演化的影响.据中子学模拟预测，在聚变堆第一壁工况下服役5年时间，纯W部件将转变为含3%Re (原子分数，下同)、1.4%Os和0.9%Ta的钨基合金[12].这些新组元通过对辐照缺陷的捕获，约束其动态行为，导致缺陷团簇平均尺寸减小，分布收窄，数密度迅速累积至饱和，几何构型比例发生变化[47,76]；与此同时，自身出现不同程度的偏聚析出，构成金属W辐照硬化和脆化的重要来源[78]. ...
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76])
Fig.3<strong>2.3 </strong>合金元素的影响金属W及钨基材料中的合金元素，或源于材料设计改性需求(如添加Cr、Y改善高温抗氧化性能；添加K提高抗冲击韧性)，或源于聚变堆服役工况下持续进行的核嬗变反应[87].以下重点讨论嬗变/合金元素对辐照缺陷及损伤组织演化的影响.据中子学模拟预测，在聚变堆第一壁工况下服役5年时间，纯W部件将转变为含3%Re (原子分数，下同)、1.4%Os和0.9%Ta的钨基合金[12].这些新组元通过对辐照缺陷的捕获，约束其动态行为，导致缺陷团簇平均尺寸减小，分布收窄，数密度迅速累积至饱和，几何构型比例发生变化[47,76]；与此同时，自身出现不同程度的偏聚析出，构成金属W辐照硬化和脆化的重要来源[78]. ...
... 金属W及钨基材料中的合金元素，或源于材料设计改性需求(如添加Cr、Y改善高温抗氧化性能；添加K提高抗冲击韧性)，或源于聚变堆服役工况下持续进行的核嬗变反应[87].以下重点讨论嬗变/合金元素对辐照缺陷及损伤组织演化的影响.据中子学模拟预测，在聚变堆第一壁工况下服役5年时间，纯W部件将转变为含3%Re (原子分数，下同)、1.4%Os和0.9%Ta的钨基合金[12].这些新组元通过对辐照缺陷的捕获，约束其动态行为，导致缺陷团簇平均尺寸减小，分布收窄，数密度迅速累积至饱和，几何构型比例发生变化[47,76]；与此同时，自身出现不同程度的偏聚析出，构成金属W辐照硬化和脆化的重要来源[78]. ...
... 在辐照缺陷及损伤组织的演化过程中，He的存在本质上是改变了辐照点缺陷的输运行为.相比自间隙原子，辐照空位因结合能更高优先与He结合形成复合体(HemVn，结合能最高达到3.33 eV[96])，并作为形核位点演化成He泡.高He-appm/dpa比值促进了He泡的形核，消耗了大量辐照空位，降低了自间隙原子与辐照空位之间的复合概率.残留的自间隙原子被辐照位错环吸收，促进了位错环的异常增大和间隙类型比例的增加.Ipatova等[97]在金属W的40 keV H+ 离子辐照实验中也观察到类似现象，其中623 K、0.7 dpa (相当于H-appm/dpa比值为600000)对应的辐照位错环全部为间隙类型，平均尺寸达到(183±50) nm.与Yi等[76]报道的2 MeV W+、573 K、1.2 dpa辐照数据比较，即H-appm/dpa比值为零时，间隙与空位型辐照位错环共存，尺寸均在10 nm以下，80%不足4 nm. ...
Microstructure development in neutron irradiated tungsten alloys
4
2011
... Yi等[76]基于2 MeV W+离子辐照实验和透射电镜显微缺陷分析，定量描述了金属W在不同温度(573~1023 K)和剂量(0.4~30 dpa)条件下的辐照损伤演化规律，揭示了辐照缺陷群体的数量、分布、尺寸、几何构型和间隙-空位类型的辐照温度、剂量依存性.其中，辐照缺陷数量、分布和尺寸受温度、剂量协同作用影响显著.当辐照剂量超出临界值时，缺陷的数量规模呈现饱和，并在较低温度下更快达到饱和.例如当辐照温度Tirr =773 K时，临界饱和剂量约为3.6 dpa；而573 K时，临界饱和剂量降低至约1.2 dpa.Tirr ≥773 K或剂量(≥1.2 dpa)的升高还可促进损伤组织的非均匀演化，加速位错环筏形组态的形成和位错环尺寸粗化.辐照缺陷的几何构型以及间隙-空位类型主要受辐照温度影响，对辐照剂量的依存性较弱.由573 K升至1023 K，辐照位错环中1/2<111>的占比由80%增加至90%以上，其中间隙类型的比例由约50%增加至约95%.Tanno等[77]和Hasegawa等[78~80]综合日本JOYO快堆中子辐照数据，定性绘制了金属W的中子辐照损伤演化图谱(673~1023 K，0.17~1.54 dpa).从中子能谱特点来看，快堆的辐照条件接近聚变堆工况，比较适合模拟高能聚变中子的级联损伤效应.在低温(Tirr ≤773 K)、低剂量区间(<0.5 dpa)，辐照缺陷群体以孔洞为主，伴有少量位错环；而在高温(Tirr >773 K)、高剂量(≥0.5 dpa)区间，孔洞的平均尺寸增加逾3倍；其中在1 dpa左右，孔洞几乎完全取代位错环，并排列形成超点阵结构.他们预测[14,79]，当中子辐照剂量超10 dpa时，金属W中嬗变产物Re、Os的累积效应将不可忽略，可抑制孔洞的长大和有序排列，同时促进大量脆性相析出. ...
... 由于金属W中的核嬗变反应主要遵循W→Re→Os路径(部分W同位素→Ta)[12]，聚变堆服役初期辐照缺陷及损伤组织的演化首先受到Re的影响.Wróbel等[88]通过第一性原理计算指出，Re原子对单空位的结合能为0.183 eV；而当满足一定的Re/空位比(2.4~6.6)时，Re原子与空位团簇的结合能可高达1.5 eV.这说明尽管Re在金属W中的热平衡固溶度非常高(最大30%[89]，原子分数)，但仍能通过对高浓度辐照空位的捕获，在W-Re稀固溶体中发生反常偏聚.空位的参与也大幅降低了局部晶格畸变.Xu等[90]在W-2%Re (原子分数)的高能重核离子辐照实验中发现，773 K、33 dpa条件下形成了平均尺寸约3 nm的Re原子团簇，在<110>带轴下与W基体保持共格关系.类似的Re原子偏聚行为也在W-(5~26)%Re (质量分数)模型合金的快堆中子辐照实验(673~1023 K，0.17~1.54 dpa)中得到证实[14,77].Re/空位比对结合能的影响本质上抑制了辐照孔洞的生长，但促进了Re原子的偏聚和析出形核.损伤组织出现片状或针状σ-ReW和χ-Re3W脆性相，并且平均尺寸随辐照温度和剂量的升高持续增大[14,77]. ...
... ,77]. ...
... 一部分嬗变产物Re继续衰变转化为Os[12].Os与Re的特性非常接近，但对辐照空位和自间隙缺陷均表现出更强的捕获能力，结合能分别达到0.53 eV和1.65~1.87 eV[15,91,92].辐照缺陷及损伤组织的演化因此出现逆转.Hu等[16]以热中子堆实验模拟聚变堆工况下纯W试样中的嬗变效应，结果发现Re与Os累积浓度比仅28∶1时，Os原子即可发生择优偏聚，并对Re原子的偏聚有强抑制作用，形成类核壳结构的W-Os-Re纳米团簇.上述结论与W-Re/Os、W-Re-Os模型合金的快堆中子、高能离子辐照实验结果高度一致[14,77,90].与Re相比，Os对辐照缺陷更强的捕获能力使得其脆性析出核心的结构更稳定，同等辐照条件下析出动力学过程加速，辐照硬化增加1~2倍[16, 93]. ...
Neutron irradiation effects on tungsten materials
2
2014
... Yi等[76]基于2 MeV W+离子辐照实验和透射电镜显微缺陷分析，定量描述了金属W在不同温度(573~1023 K)和剂量(0.4~30 dpa)条件下的辐照损伤演化规律，揭示了辐照缺陷群体的数量、分布、尺寸、几何构型和间隙-空位类型的辐照温度、剂量依存性.其中，辐照缺陷数量、分布和尺寸受温度、剂量协同作用影响显著.当辐照剂量超出临界值时，缺陷的数量规模呈现饱和，并在较低温度下更快达到饱和.例如当辐照温度Tirr =773 K时，临界饱和剂量约为3.6 dpa；而573 K时，临界饱和剂量降低至约1.2 dpa.Tirr ≥773 K或剂量(≥1.2 dpa)的升高还可促进损伤组织的非均匀演化，加速位错环筏形组态的形成和位错环尺寸粗化.辐照缺陷的几何构型以及间隙-空位类型主要受辐照温度影响，对辐照剂量的依存性较弱.由573 K升至1023 K，辐照位错环中1/2<111>的占比由80%增加至90%以上，其中间隙类型的比例由约50%增加至约95%.Tanno等[77]和Hasegawa等[78~80]综合日本JOYO快堆中子辐照数据，定性绘制了金属W的中子辐照损伤演化图谱(673~1023 K，0.17~1.54 dpa).从中子能谱特点来看，快堆的辐照条件接近聚变堆工况，比较适合模拟高能聚变中子的级联损伤效应.在低温(Tirr ≤773 K)、低剂量区间(<0.5 dpa)，辐照缺陷群体以孔洞为主，伴有少量位错环；而在高温(Tirr >773 K)、高剂量(≥0.5 dpa)区间，孔洞的平均尺寸增加逾3倍；其中在1 dpa左右，孔洞几乎完全取代位错环，并排列形成超点阵结构.他们预测[14,79]，当中子辐照剂量超10 dpa时，金属W中嬗变产物Re、Os的累积效应将不可忽略，可抑制孔洞的长大和有序排列，同时促进大量脆性相析出. ...
... 金属W及钨基材料中的合金元素，或源于材料设计改性需求(如添加Cr、Y改善高温抗氧化性能；添加K提高抗冲击韧性)，或源于聚变堆服役工况下持续进行的核嬗变反应[87].以下重点讨论嬗变/合金元素对辐照缺陷及损伤组织演化的影响.据中子学模拟预测，在聚变堆第一壁工况下服役5年时间，纯W部件将转变为含3%Re (原子分数，下同)、1.4%Os和0.9%Ta的钨基合金[12].这些新组元通过对辐照缺陷的捕获，约束其动态行为，导致缺陷团簇平均尺寸减小，分布收窄，数密度迅速累积至饱和，几何构型比例发生变化[47,76]；与此同时，自身出现不同程度的偏聚析出，构成金属W辐照硬化和脆化的重要来源[78]. ...
Neutron irradiation behavior of tungsten
1
2013
... Yi等[76]基于2 MeV W+离子辐照实验和透射电镜显微缺陷分析，定量描述了金属W在不同温度(573~1023 K)和剂量(0.4~30 dpa)条件下的辐照损伤演化规律，揭示了辐照缺陷群体的数量、分布、尺寸、几何构型和间隙-空位类型的辐照温度、剂量依存性.其中，辐照缺陷数量、分布和尺寸受温度、剂量协同作用影响显著.当辐照剂量超出临界值时，缺陷的数量规模呈现饱和，并在较低温度下更快达到饱和.例如当辐照温度Tirr =773 K时，临界饱和剂量约为3.6 dpa；而573 K时，临界饱和剂量降低至约1.2 dpa.Tirr ≥773 K或剂量(≥1.2 dpa)的升高还可促进损伤组织的非均匀演化，加速位错环筏形组态的形成和位错环尺寸粗化.辐照缺陷的几何构型以及间隙-空位类型主要受辐照温度影响，对辐照剂量的依存性较弱.由573 K升至1023 K，辐照位错环中1/2<111>的占比由80%增加至90%以上，其中间隙类型的比例由约50%增加至约95%.Tanno等[77]和Hasegawa等[78~80]综合日本JOYO快堆中子辐照数据，定性绘制了金属W的中子辐照损伤演化图谱(673~1023 K，0.17~1.54 dpa).从中子能谱特点来看，快堆的辐照条件接近聚变堆工况，比较适合模拟高能聚变中子的级联损伤效应.在低温(Tirr ≤773 K)、低剂量区间(<0.5 dpa)，辐照缺陷群体以孔洞为主，伴有少量位错环；而在高温(Tirr >773 K)、高剂量(≥0.5 dpa)区间，孔洞的平均尺寸增加逾3倍；其中在1 dpa左右，孔洞几乎完全取代位错环，并排列形成超点阵结构.他们预测[14,79]，当中子辐照剂量超10 dpa时，金属W中嬗变产物Re、Os的累积效应将不可忽略，可抑制孔洞的长大和有序排列，同时促进大量脆性相析出. ...
Neutron irradiation effects on the microstructural development of tungsten and tungsten alloys
1
2016
... Yi等[76]基于2 MeV W+离子辐照实验和透射电镜显微缺陷分析，定量描述了金属W在不同温度(573~1023 K)和剂量(0.4~30 dpa)条件下的辐照损伤演化规律，揭示了辐照缺陷群体的数量、分布、尺寸、几何构型和间隙-空位类型的辐照温度、剂量依存性.其中，辐照缺陷数量、分布和尺寸受温度、剂量协同作用影响显著.当辐照剂量超出临界值时，缺陷的数量规模呈现饱和，并在较低温度下更快达到饱和.例如当辐照温度Tirr =773 K时，临界饱和剂量约为3.6 dpa；而573 K时，临界饱和剂量降低至约1.2 dpa.Tirr ≥773 K或剂量(≥1.2 dpa)的升高还可促进损伤组织的非均匀演化，加速位错环筏形组态的形成和位错环尺寸粗化.辐照缺陷的几何构型以及间隙-空位类型主要受辐照温度影响，对辐照剂量的依存性较弱.由573 K升至1023 K，辐照位错环中1/2<111>的占比由80%增加至90%以上，其中间隙类型的比例由约50%增加至约95%.Tanno等[77]和Hasegawa等[78~80]综合日本JOYO快堆中子辐照数据，定性绘制了金属W的中子辐照损伤演化图谱(673~1023 K，0.17~1.54 dpa).从中子能谱特点来看，快堆的辐照条件接近聚变堆工况，比较适合模拟高能聚变中子的级联损伤效应.在低温(Tirr ≤773 K)、低剂量区间(<0.5 dpa)，辐照缺陷群体以孔洞为主，伴有少量位错环；而在高温(Tirr >773 K)、高剂量(≥0.5 dpa)区间，孔洞的平均尺寸增加逾3倍；其中在1 dpa左右，孔洞几乎完全取代位错环，并排列形成超点阵结构.他们预测[14,79]，当中子辐照剂量超10 dpa时，金属W中嬗变产物Re、Os的累积效应将不可忽略，可抑制孔洞的长大和有序排列，同时促进大量脆性相析出. ...
TEM investigation of the influence of dose rate on radiation damage and deuterium retention in tungsten
1
2019
... 有关辐照剂量率的影响需结合同种辐照源和异种辐照源2种前提综合讨论.Chrominski等[81]和Schwarz-Selinger等[82]基于20 MeV W6+离子辐照研究了退火态纯W (99.97%，质量分数)在室温(RT)~800 K、0.23 dpa条件下的缺陷组态、密度(或浓度)随辐照剂量率的变化规律.发现，当辐照剂量率由4.1×10-6 dpa/s升高至5.0×10-3 dpa/s时，辐照样品中位错环的数密度增加近2倍，空间分布从离散状态转变为高度缠结的网络；但辐照样品的氘滞留总量并未出现显著变化，间接反映了此时辐照剂量率对辐照空位浓度的影响可能较小.高能重核离子辐照具有低感生放射性，在机理研究与材料筛选方面应用广泛，但辐照剂量率通常高出聚变堆服役工况3~4个量级[83]，由此引起研究人员对中子-离子辐照等效性问题的关注[84].值得注意的是，不同辐照源之间的辐照损伤组织比较本质上耦合了辐照剂量率和入射粒子的能谱差异影响.图3选取了日本JOYO快堆[14,85]、美国HFIR堆[86]及2 MeV W+离子束[76] 3种情况低剂量辐照数据进行分析，比较了相近辐照温度、剂量条件下纯W辐照缺陷的数密度(位错环或孔洞数量/(m3·dpa)).其中HFIR堆辐照热中子占比高，尽管辐照剂量率处于10-7 dpa/s量级，辐照点缺陷易与嬗变产物结合(详见2.3节)，该辐照条件下的位错环及孔洞数密度与缺陷复合程度高的2 MeV W+离子辐照情况相近.JOYO快堆的辐照剂量率在10-7~10-6 dpa/s范围，但中子能谱更接近聚变堆，嬗变反应产物较少，碰撞级联过程产生的高浓度点缺陷、特别是辐照空位经合并长大演化为孔洞，数密度达到1023~1024量级. ...
Influence of the presence of deuterium on displacement damage in tungsten
1
2018
... 有关辐照剂量率的影响需结合同种辐照源和异种辐照源2种前提综合讨论.Chrominski等[81]和Schwarz-Selinger等[82]基于20 MeV W6+离子辐照研究了退火态纯W (99.97%，质量分数)在室温(RT)~800 K、0.23 dpa条件下的缺陷组态、密度(或浓度)随辐照剂量率的变化规律.发现，当辐照剂量率由4.1×10-6 dpa/s升高至5.0×10-3 dpa/s时，辐照样品中位错环的数密度增加近2倍，空间分布从离散状态转变为高度缠结的网络；但辐照样品的氘滞留总量并未出现显著变化，间接反映了此时辐照剂量率对辐照空位浓度的影响可能较小.高能重核离子辐照具有低感生放射性，在机理研究与材料筛选方面应用广泛，但辐照剂量率通常高出聚变堆服役工况3~4个量级[83]，由此引起研究人员对中子-离子辐照等效性问题的关注[84].值得注意的是，不同辐照源之间的辐照损伤组织比较本质上耦合了辐照剂量率和入射粒子的能谱差异影响.图3选取了日本JOYO快堆[14,85]、美国HFIR堆[86]及2 MeV W+离子束[76] 3种情况低剂量辐照数据进行分析，比较了相近辐照温度、剂量条件下纯W辐照缺陷的数密度(位错环或孔洞数量/(m3·dpa)).其中HFIR堆辐照热中子占比高，尽管辐照剂量率处于10-7 dpa/s量级，辐照点缺陷易与嬗变产物结合(详见2.3节)，该辐照条件下的位错环及孔洞数密度与缺陷复合程度高的2 MeV W+离子辐照情况相近.JOYO快堆的辐照剂量率在10-7~10-6 dpa/s范围，但中子能谱更接近聚变堆，嬗变反应产物较少，碰撞级联过程产生的高浓度点缺陷、特别是辐照空位经合并长大演化为孔洞，数密度达到1023~1024量级. ...
利用HIRFL高能重离子束的核能材料辐照损伤研究
1
2017
... 有关辐照剂量率的影响需结合同种辐照源和异种辐照源2种前提综合讨论.Chrominski等[81]和Schwarz-Selinger等[82]基于20 MeV W6+离子辐照研究了退火态纯W (99.97%，质量分数)在室温(RT)~800 K、0.23 dpa条件下的缺陷组态、密度(或浓度)随辐照剂量率的变化规律.发现，当辐照剂量率由4.1×10-6 dpa/s升高至5.0×10-3 dpa/s时，辐照样品中位错环的数密度增加近2倍，空间分布从离散状态转变为高度缠结的网络；但辐照样品的氘滞留总量并未出现显著变化，间接反映了此时辐照剂量率对辐照空位浓度的影响可能较小.高能重核离子辐照具有低感生放射性，在机理研究与材料筛选方面应用广泛，但辐照剂量率通常高出聚变堆服役工况3~4个量级[83]，由此引起研究人员对中子-离子辐照等效性问题的关注[84].值得注意的是，不同辐照源之间的辐照损伤组织比较本质上耦合了辐照剂量率和入射粒子的能谱差异影响.图3选取了日本JOYO快堆[14,85]、美国HFIR堆[86]及2 MeV W+离子束[76] 3种情况低剂量辐照数据进行分析，比较了相近辐照温度、剂量条件下纯W辐照缺陷的数密度(位错环或孔洞数量/(m3·dpa)).其中HFIR堆辐照热中子占比高，尽管辐照剂量率处于10-7 dpa/s量级，辐照点缺陷易与嬗变产物结合(详见2.3节)，该辐照条件下的位错环及孔洞数密度与缺陷复合程度高的2 MeV W+离子辐照情况相近.JOYO快堆的辐照剂量率在10-7~10-6 dpa/s范围，但中子能谱更接近聚变堆，嬗变反应产物较少，碰撞级联过程产生的高浓度点缺陷、特别是辐照空位经合并长大演化为孔洞，数密度达到1023~1024量级. ...
利用HIRFL高能重离子束的核能材料辐照损伤研究
1
2017
... 有关辐照剂量率的影响需结合同种辐照源和异种辐照源2种前提综合讨论.Chrominski等[81]和Schwarz-Selinger等[82]基于20 MeV W6+离子辐照研究了退火态纯W (99.97%，质量分数)在室温(RT)~800 K、0.23 dpa条件下的缺陷组态、密度(或浓度)随辐照剂量率的变化规律.发现，当辐照剂量率由4.1×10-6 dpa/s升高至5.0×10-3 dpa/s时，辐照样品中位错环的数密度增加近2倍，空间分布从离散状态转变为高度缠结的网络；但辐照样品的氘滞留总量并未出现显著变化，间接反映了此时辐照剂量率对辐照空位浓度的影响可能较小.高能重核离子辐照具有低感生放射性，在机理研究与材料筛选方面应用广泛，但辐照剂量率通常高出聚变堆服役工况3~4个量级[83]，由此引起研究人员对中子-离子辐照等效性问题的关注[84].值得注意的是，不同辐照源之间的辐照损伤组织比较本质上耦合了辐照剂量率和入射粒子的能谱差异影响.图3选取了日本JOYO快堆[14,85]、美国HFIR堆[86]及2 MeV W+离子束[76] 3种情况低剂量辐照数据进行分析，比较了相近辐照温度、剂量条件下纯W辐照缺陷的数密度(位错环或孔洞数量/(m3·dpa)).其中HFIR堆辐照热中子占比高，尽管辐照剂量率处于10-7 dpa/s量级，辐照点缺陷易与嬗变产物结合(详见2.3节)，该辐照条件下的位错环及孔洞数密度与缺陷复合程度高的2 MeV W+离子辐照情况相近.JOYO快堆的辐照剂量率在10-7~10-6 dpa/s范围，但中子能谱更接近聚变堆，嬗变反应产物较少，碰撞级联过程产生的高浓度点缺陷、特别是辐照空位经合并长大演化为孔洞，数密度达到1023~1024量级. ...
Correlation of neutron and heavy-ion damage: II. The predicted temperature shift if swelling with changes in radiation dose rate
1
1978
... 有关辐照剂量率的影响需结合同种辐照源和异种辐照源2种前提综合讨论.Chrominski等[81]和Schwarz-Selinger等[82]基于20 MeV W6+离子辐照研究了退火态纯W (99.97%，质量分数)在室温(RT)~800 K、0.23 dpa条件下的缺陷组态、密度(或浓度)随辐照剂量率的变化规律.发现，当辐照剂量率由4.1×10-6 dpa/s升高至5.0×10-3 dpa/s时，辐照样品中位错环的数密度增加近2倍，空间分布从离散状态转变为高度缠结的网络；但辐照样品的氘滞留总量并未出现显著变化，间接反映了此时辐照剂量率对辐照空位浓度的影响可能较小.高能重核离子辐照具有低感生放射性，在机理研究与材料筛选方面应用广泛，但辐照剂量率通常高出聚变堆服役工况3~4个量级[83]，由此引起研究人员对中子-离子辐照等效性问题的关注[84].值得注意的是，不同辐照源之间的辐照损伤组织比较本质上耦合了辐照剂量率和入射粒子的能谱差异影响.图3选取了日本JOYO快堆[14,85]、美国HFIR堆[86]及2 MeV W+离子束[76] 3种情况低剂量辐照数据进行分析，比较了相近辐照温度、剂量条件下纯W辐照缺陷的数密度(位错环或孔洞数量/(m3·dpa)).其中HFIR堆辐照热中子占比高，尽管辐照剂量率处于10-7 dpa/s量级，辐照点缺陷易与嬗变产物结合(详见2.3节)，该辐照条件下的位错环及孔洞数密度与缺陷复合程度高的2 MeV W+离子辐照情况相近.JOYO快堆的辐照剂量率在10-7~10-6 dpa/s范围，但中子能谱更接近聚变堆，嬗变反应产物较少，碰撞级联过程产生的高浓度点缺陷、特别是辐照空位经合并长大演化为孔洞，数密度达到1023~1024量级. ...
Effects of Re content and fabrication process on microstructural changes and hardening in neutron irradiated tungsten
3
2012
... 有关辐照剂量率的影响需结合同种辐照源和异种辐照源2种前提综合讨论.Chrominski等[81]和Schwarz-Selinger等[82]基于20 MeV W6+离子辐照研究了退火态纯W (99.97%，质量分数)在室温(RT)~800 K、0.23 dpa条件下的缺陷组态、密度(或浓度)随辐照剂量率的变化规律.发现，当辐照剂量率由4.1×10-6 dpa/s升高至5.0×10-3 dpa/s时，辐照样品中位错环的数密度增加近2倍，空间分布从离散状态转变为高度缠结的网络；但辐照样品的氘滞留总量并未出现显著变化，间接反映了此时辐照剂量率对辐照空位浓度的影响可能较小.高能重核离子辐照具有低感生放射性，在机理研究与材料筛选方面应用广泛，但辐照剂量率通常高出聚变堆服役工况3~4个量级[83]，由此引起研究人员对中子-离子辐照等效性问题的关注[84].值得注意的是，不同辐照源之间的辐照损伤组织比较本质上耦合了辐照剂量率和入射粒子的能谱差异影响.图3选取了日本JOYO快堆[14,85]、美国HFIR堆[86]及2 MeV W+离子束[76] 3种情况低剂量辐照数据进行分析，比较了相近辐照温度、剂量条件下纯W辐照缺陷的数密度(位错环或孔洞数量/(m3·dpa)).其中HFIR堆辐照热中子占比高，尽管辐照剂量率处于10-7 dpa/s量级，辐照点缺陷易与嬗变产物结合(详见2.3节)，该辐照条件下的位错环及孔洞数密度与缺陷复合程度高的2 MeV W+离子辐照情况相近.JOYO快堆的辐照剂量率在10-7~10-6 dpa/s范围，但中子能谱更接近聚变堆，嬗变反应产物较少，碰撞级联过程产生的高浓度点缺陷、特别是辐照空位经合并长大演化为孔洞，数密度达到1023~1024量级. ...
... ,
85,
86]
Dose rate effect upon radiation defect densities (loops or voids) in tungsten (Neutron irradiations: HFIR, 0.6 dpa, 363-997 K<sup>[<xref ref-type="bibr" rid="R86">86</xref>]</sup>; JOYO, 0.17-0.44 dpa, 804-1029 K<sup>[<xref ref-type="bibr" rid="R14">14</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="R85">85</xref>]</sup>; ion irradiation: 2 MeV W<sup>+</sup>, 0.4 dpa, 573-773 K and 1.2 dpa, 1023 K<sup>[<xref ref-type="bibr" rid="R76">76</xref>]</sup>)Fig.3<strong>2.3 </strong>合金元素的影响金属W及钨基材料中的合金元素，或源于材料设计改性需求(如添加Cr、Y改善高温抗氧化性能；添加K提高抗冲击韧性)，或源于聚变堆服役工况下持续进行的核嬗变反应[87].以下重点讨论嬗变/合金元素对辐照缺陷及损伤组织演化的影响.据中子学模拟预测，在聚变堆第一壁工况下服役5年时间，纯W部件将转变为含3%Re (原子分数，下同)、1.4%Os和0.9%Ta的钨基合金[12].这些新组元通过对辐照缺陷的捕获，约束其动态行为，导致缺陷团簇平均尺寸减小，分布收窄，数密度迅速累积至饱和，几何构型比例发生变化[47,76]；与此同时，自身出现不同程度的偏聚析出，构成金属W辐照硬化和脆化的重要来源[78]. ...
... ,
85]; ion irradiation: 2 MeV W
+, 0.4 dpa, 573-773 K and 1.2 dpa, 1023 K
[76])
Fig.3<strong>2.3 </strong>合金元素的影响金属W及钨基材料中的合金元素，或源于材料设计改性需求(如添加Cr、Y改善高温抗氧化性能；添加K提高抗冲击韧性)，或源于聚变堆服役工况下持续进行的核嬗变反应[87].以下重点讨论嬗变/合金元素对辐照缺陷及损伤组织演化的影响.据中子学模拟预测，在聚变堆第一壁工况下服役5年时间，纯W部件将转变为含3%Re (原子分数，下同)、1.4%Os和0.9%Ta的钨基合金[12].这些新组元通过对辐照缺陷的捕获，约束其动态行为，导致缺陷团簇平均尺寸减小，分布收窄，数密度迅速累积至饱和，几何构型比例发生变化[47,76]；与此同时，自身出现不同程度的偏聚析出，构成金属W辐照硬化和脆化的重要来源[78]. ...
Irradiation hardening of pure tungsten exposed to neutron irradiation
3
2016
... 有关辐照剂量率的影响需结合同种辐照源和异种辐照源2种前提综合讨论.Chrominski等[81]和Schwarz-Selinger等[82]基于20 MeV W6+离子辐照研究了退火态纯W (99.97%，质量分数)在室温(RT)~800 K、0.23 dpa条件下的缺陷组态、密度(或浓度)随辐照剂量率的变化规律.发现，当辐照剂量率由4.1×10-6 dpa/s升高至5.0×10-3 dpa/s时，辐照样品中位错环的数密度增加近2倍，空间分布从离散状态转变为高度缠结的网络；但辐照样品的氘滞留总量并未出现显著变化，间接反映了此时辐照剂量率对辐照空位浓度的影响可能较小.高能重核离子辐照具有低感生放射性，在机理研究与材料筛选方面应用广泛，但辐照剂量率通常高出聚变堆服役工况3~4个量级[83]，由此引起研究人员对中子-离子辐照等效性问题的关注[84].值得注意的是，不同辐照源之间的辐照损伤组织比较本质上耦合了辐照剂量率和入射粒子的能谱差异影响.图3选取了日本JOYO快堆[14,85]、美国HFIR堆[86]及2 MeV W+离子束[76] 3种情况低剂量辐照数据进行分析，比较了相近辐照温度、剂量条件下纯W辐照缺陷的数密度(位错环或孔洞数量/(m3·dpa)).其中HFIR堆辐照热中子占比高，尽管辐照剂量率处于10-7 dpa/s量级，辐照点缺陷易与嬗变产物结合(详见2.3节)，该辐照条件下的位错环及孔洞数密度与缺陷复合程度高的2 MeV W+离子辐照情况相近.JOYO快堆的辐照剂量率在10-7~10-6 dpa/s范围，但中子能谱更接近聚变堆，嬗变反应产物较少，碰撞级联过程产生的高浓度点缺陷、特别是辐照空位经合并长大演化为孔洞，数密度达到1023~1024量级. ...
... ,
86]
Dose rate effect upon radiation defect densities (loops or voids) in tungsten (Neutron irradiations: HFIR, 0.6 dpa, 363-997 K<sup>[<xref ref-type="bibr" rid="R86">86</xref>]</sup>; JOYO, 0.17-0.44 dpa, 804-1029 K<sup>[<xref ref-type="bibr" rid="R14">14</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="R85">85</xref>]</sup>; ion irradiation: 2 MeV W<sup>+</sup>, 0.4 dpa, 573-773 K and 1.2 dpa, 1023 K<sup>[<xref ref-type="bibr" rid="R76">76</xref>]</sup>)Fig.3<strong>2.3 </strong>合金元素的影响金属W及钨基材料中的合金元素，或源于材料设计改性需求(如添加Cr、Y改善高温抗氧化性能；添加K提高抗冲击韧性)，或源于聚变堆服役工况下持续进行的核嬗变反应[87].以下重点讨论嬗变/合金元素对辐照缺陷及损伤组织演化的影响.据中子学模拟预测，在聚变堆第一壁工况下服役5年时间，纯W部件将转变为含3%Re (原子分数，下同)、1.4%Os和0.9%Ta的钨基合金[12].这些新组元通过对辐照缺陷的捕获，约束其动态行为，导致缺陷团簇平均尺寸减小，分布收窄，数密度迅速累积至饱和，几何构型比例发生变化[47,76]；与此同时，自身出现不同程度的偏聚析出，构成金属W辐照硬化和脆化的重要来源[78]. ...
... [
86]; JOYO, 0.17-0.44 dpa, 804-1029 K
[14,85]; ion irradiation: 2 MeV W
+, 0.4 dpa, 573-773 K and 1.2 dpa, 1023 K
[76])
Fig.3<strong>2.3 </strong>合金元素的影响金属W及钨基材料中的合金元素，或源于材料设计改性需求(如添加Cr、Y改善高温抗氧化性能；添加K提高抗冲击韧性)，或源于聚变堆服役工况下持续进行的核嬗变反应[87].以下重点讨论嬗变/合金元素对辐照缺陷及损伤组织演化的影响.据中子学模拟预测，在聚变堆第一壁工况下服役5年时间，纯W部件将转变为含3%Re (原子分数，下同)、1.4%Os和0.9%Ta的钨基合金[12].这些新组元通过对辐照缺陷的捕获，约束其动态行为，导致缺陷团簇平均尺寸减小，分布收窄，数密度迅速累积至饱和，几何构型比例发生变化[47,76]；与此同时，自身出现不同程度的偏聚析出，构成金属W辐照硬化和脆化的重要来源[78]. ...
Behavior of tungsten under irradiation and plasma interaction
1
2019
... 金属W及钨基材料中的合金元素，或源于材料设计改性需求(如添加Cr、Y改善高温抗氧化性能；添加K提高抗冲击韧性)，或源于聚变堆服役工况下持续进行的核嬗变反应[87].以下重点讨论嬗变/合金元素对辐照缺陷及损伤组织演化的影响.据中子学模拟预测，在聚变堆第一壁工况下服役5年时间，纯W部件将转变为含3%Re (原子分数，下同)、1.4%Os和0.9%Ta的钨基合金[12].这些新组元通过对辐照缺陷的捕获，约束其动态行为，导致缺陷团簇平均尺寸减小，分布收窄，数密度迅速累积至饱和，几何构型比例发生变化[47,76]；与此同时，自身出现不同程度的偏聚析出，构成金属W辐照硬化和脆化的重要来源[78]. ...
A first-principles model for anomalous segregation in dilute ternary tungsten-rhenium-vacancy alloys
2
2017
... 由于金属W中的核嬗变反应主要遵循W→Re→Os路径(部分W同位素→Ta)[12]，聚变堆服役初期辐照缺陷及损伤组织的演化首先受到Re的影响.Wróbel等[88]通过第一性原理计算指出，Re原子对单空位的结合能为0.183 eV；而当满足一定的Re/空位比(2.4~6.6)时，Re原子与空位团簇的结合能可高达1.5 eV.这说明尽管Re在金属W中的热平衡固溶度非常高(最大30%[89]，原子分数)，但仍能通过对高浓度辐照空位的捕获，在W-Re稀固溶体中发生反常偏聚.空位的参与也大幅降低了局部晶格畸变.Xu等[90]在W-2%Re (原子分数)的高能重核离子辐照实验中发现，773 K、33 dpa条件下形成了平均尺寸约3 nm的Re原子团簇，在<110>带轴下与W基体保持共格关系.类似的Re原子偏聚行为也在W-(5~26)%Re (质量分数)模型合金的快堆中子辐照实验(673~1023 K，0.17~1.54 dpa)中得到证实[14,77].Re/空位比对结合能的影响本质上抑制了辐照孔洞的生长，但促进了Re原子的偏聚和析出形核.损伤组织出现片状或针状σ-ReW和χ-Re3W脆性相，并且平均尺寸随辐照温度和剂量的升高持续增大[14,77]. ...
... 金属W中的嬗变合金元素因对辐照缺陷的捕获作用，不仅影响着缺陷及损伤组织的演化，也约束了辐照缺陷的热回复行为.这里主要就文献报道比较完备的Re和Ta的影响作具体论述.Wilson等[122]基于离子辐照(30 keV W+，18 K)和原位场离子显微表征发现，Re可显著抑制辐照缺陷回复的第1阶段，仅3%Re (原子分数，下同)甚至可将其完全移除.Keys和Moteff[115]基于中子辐照和残余电阻率-退火温度曲线测量开展了更系统的工作.当金属W中嬗变产物Re的浓度不足1%时，Re主要抑制第1~2回复阶段，对第3阶段影响较小，引起的峰值温度偏移不足50 K；当Re浓度达到1%以上时，缺陷回复的各个阶段均开始受到影响.换言之，自间隙原子因Re原子的强捕获作用(结合能0.79~0.82 eV[15,91,92])，第1阶段的长程扩散受到严重阻碍.然而，空位与Re原子的结合能取决于Re/空位比(0.183~1.5 eV[88]).只有在Re累积至临界浓度以上时，对辐照空位的捕获和钉扎效应才更加显著，从而影响辐照缺陷回复的第3~4阶段. ...
Phase diagram and lattice instability in tungsten-rhenium alloys
1
2000
... 由于金属W中的核嬗变反应主要遵循W→Re→Os路径(部分W同位素→Ta)[12]，聚变堆服役初期辐照缺陷及损伤组织的演化首先受到Re的影响.Wróbel等[88]通过第一性原理计算指出，Re原子对单空位的结合能为0.183 eV；而当满足一定的Re/空位比(2.4~6.6)时，Re原子与空位团簇的结合能可高达1.5 eV.这说明尽管Re在金属W中的热平衡固溶度非常高(最大30%[89]，原子分数)，但仍能通过对高浓度辐照空位的捕获，在W-Re稀固溶体中发生反常偏聚.空位的参与也大幅降低了局部晶格畸变.Xu等[90]在W-2%Re (原子分数)的高能重核离子辐照实验中发现，773 K、33 dpa条件下形成了平均尺寸约3 nm的Re原子团簇，在<110>带轴下与W基体保持共格关系.类似的Re原子偏聚行为也在W-(5~26)%Re (质量分数)模型合金的快堆中子辐照实验(673~1023 K，0.17~1.54 dpa)中得到证实[14,77].Re/空位比对结合能的影响本质上抑制了辐照孔洞的生长，但促进了Re原子的偏聚和析出形核.损伤组织出现片状或针状σ-ReW和χ-Re3W脆性相，并且平均尺寸随辐照温度和剂量的升高持续增大[14,77]. ...
Ion-irradiation-induced clustering in W-Re and W-Re-Os alloys: A comparative study using atom probe tomography and nanoindentation measurements
2
2015
... 由于金属W中的核嬗变反应主要遵循W→Re→Os路径(部分W同位素→Ta)[12]，聚变堆服役初期辐照缺陷及损伤组织的演化首先受到Re的影响.Wróbel等[88]通过第一性原理计算指出，Re原子对单空位的结合能为0.183 eV；而当满足一定的Re/空位比(2.4~6.6)时，Re原子与空位团簇的结合能可高达1.5 eV.这说明尽管Re在金属W中的热平衡固溶度非常高(最大30%[89]，原子分数)，但仍能通过对高浓度辐照空位的捕获，在W-Re稀固溶体中发生反常偏聚.空位的参与也大幅降低了局部晶格畸变.Xu等[90]在W-2%Re (原子分数)的高能重核离子辐照实验中发现，773 K、33 dpa条件下形成了平均尺寸约3 nm的Re原子团簇，在<110>带轴下与W基体保持共格关系.类似的Re原子偏聚行为也在W-(5~26)%Re (质量分数)模型合金的快堆中子辐照实验(673~1023 K，0.17~1.54 dpa)中得到证实[14,77].Re/空位比对结合能的影响本质上抑制了辐照孔洞的生长，但促进了Re原子的偏聚和析出形核.损伤组织出现片状或针状σ-ReW和χ-Re3W脆性相，并且平均尺寸随辐照温度和剂量的升高持续增大[14,77]. ...
... 一部分嬗变产物Re继续衰变转化为Os[12].Os与Re的特性非常接近，但对辐照空位和自间隙缺陷均表现出更强的捕获能力，结合能分别达到0.53 eV和1.65~1.87 eV[15,91,92].辐照缺陷及损伤组织的演化因此出现逆转.Hu等[16]以热中子堆实验模拟聚变堆工况下纯W试样中的嬗变效应，结果发现Re与Os累积浓度比仅28∶1时，Os原子即可发生择优偏聚，并对Re原子的偏聚有强抑制作用，形成类核壳结构的W-Os-Re纳米团簇.上述结论与W-Re/Os、W-Re-Os模型合金的快堆中子、高能离子辐照实验结果高度一致[14,77,90].与Re相比，Os对辐照缺陷更强的捕获能力使得其脆性析出核心的结构更稳定，同等辐照条件下析出动力学过程加速，辐照硬化增加1~2倍[16, 93]. ...
Stability and mobility of rhenium and osmium in tungsten: First principles study
4
2014
... Re原子也可以捕获辐照引入的自间隙缺陷，在金属W中形成<111>的W-Re混合挤子或<110>的W-Re混合哑铃.具体哪一种构型更稳定尚存在争议[15,91,92].尽管如此，Re原子对上述2种构型的辐照间隙缺陷均有强吸引作用，结合能达到0.79~0.82 eV[15,91,92].在纯W和W-5%Re (质量分数)的原位重核离子辐照实验中，研究人员发现了与此特征相吻合的现象.1/2<111>间隙型位错环的长程迁移和长大在W-5%Re中均受到显著抑制，体现了Re原子对自间隙缺陷及团簇扩散、迁移的钉扎和拖拽作用[47]. ...
... ,91,92].在纯W和W-5%Re (质量分数)的原位重核离子辐照实验中，研究人员发现了与此特征相吻合的现象.1/2<111>间隙型位错环的长程迁移和长大在W-5%Re中均受到显著抑制，体现了Re原子对自间隙缺陷及团簇扩散、迁移的钉扎和拖拽作用[47]. ...
... 一部分嬗变产物Re继续衰变转化为Os[12].Os与Re的特性非常接近，但对辐照空位和自间隙缺陷均表现出更强的捕获能力，结合能分别达到0.53 eV和1.65~1.87 eV[15,91,92].辐照缺陷及损伤组织的演化因此出现逆转.Hu等[16]以热中子堆实验模拟聚变堆工况下纯W试样中的嬗变效应，结果发现Re与Os累积浓度比仅28∶1时，Os原子即可发生择优偏聚，并对Re原子的偏聚有强抑制作用，形成类核壳结构的W-Os-Re纳米团簇.上述结论与W-Re/Os、W-Re-Os模型合金的快堆中子、高能离子辐照实验结果高度一致[14,77,90].与Re相比，Os对辐照缺陷更强的捕获能力使得其脆性析出核心的结构更稳定，同等辐照条件下析出动力学过程加速，辐照硬化增加1~2倍[16, 93]. ...
... 金属W中的嬗变合金元素因对辐照缺陷的捕获作用，不仅影响着缺陷及损伤组织的演化，也约束了辐照缺陷的热回复行为.这里主要就文献报道比较完备的Re和Ta的影响作具体论述.Wilson等[122]基于离子辐照(30 keV W+，18 K)和原位场离子显微表征发现，Re可显著抑制辐照缺陷回复的第1阶段，仅3%Re (原子分数，下同)甚至可将其完全移除.Keys和Moteff[115]基于中子辐照和残余电阻率-退火温度曲线测量开展了更系统的工作.当金属W中嬗变产物Re的浓度不足1%时，Re主要抑制第1~2回复阶段，对第3阶段影响较小，引起的峰值温度偏移不足50 K；当Re浓度达到1%以上时，缺陷回复的各个阶段均开始受到影响.换言之，自间隙原子因Re原子的强捕获作用(结合能0.79~0.82 eV[15,91,92])，第1阶段的长程扩散受到严重阻碍.然而，空位与Re原子的结合能取决于Re/空位比(0.183~1.5 eV[88]).只有在Re累积至临界浓度以上时，对辐照空位的捕获和钉扎效应才更加显著，从而影响辐照缺陷回复的第3~4阶段. ...
Migration of rhenium and osmium interstitials in tungsten
4
2015
... Re原子也可以捕获辐照引入的自间隙缺陷，在金属W中形成<111>的W-Re混合挤子或<110>的W-Re混合哑铃.具体哪一种构型更稳定尚存在争议[15,91,92].尽管如此，Re原子对上述2种构型的辐照间隙缺陷均有强吸引作用，结合能达到0.79~0.82 eV[15,91,92].在纯W和W-5%Re (质量分数)的原位重核离子辐照实验中，研究人员发现了与此特征相吻合的现象.1/2<111>间隙型位错环的长程迁移和长大在W-5%Re中均受到显著抑制，体现了Re原子对自间隙缺陷及团簇扩散、迁移的钉扎和拖拽作用[47]. ...
... ,92].在纯W和W-5%Re (质量分数)的原位重核离子辐照实验中，研究人员发现了与此特征相吻合的现象.1/2<111>间隙型位错环的长程迁移和长大在W-5%Re中均受到显著抑制，体现了Re原子对自间隙缺陷及团簇扩散、迁移的钉扎和拖拽作用[47]. ...
... 一部分嬗变产物Re继续衰变转化为Os[12].Os与Re的特性非常接近，但对辐照空位和自间隙缺陷均表现出更强的捕获能力，结合能分别达到0.53 eV和1.65~1.87 eV[15,91,92].辐照缺陷及损伤组织的演化因此出现逆转.Hu等[16]以热中子堆实验模拟聚变堆工况下纯W试样中的嬗变效应，结果发现Re与Os累积浓度比仅28∶1时，Os原子即可发生择优偏聚，并对Re原子的偏聚有强抑制作用，形成类核壳结构的W-Os-Re纳米团簇.上述结论与W-Re/Os、W-Re-Os模型合金的快堆中子、高能离子辐照实验结果高度一致[14,77,90].与Re相比，Os对辐照缺陷更强的捕获能力使得其脆性析出核心的结构更稳定，同等辐照条件下析出动力学过程加速，辐照硬化增加1~2倍[16, 93]. ...
... 金属W中的嬗变合金元素因对辐照缺陷的捕获作用，不仅影响着缺陷及损伤组织的演化，也约束了辐照缺陷的热回复行为.这里主要就文献报道比较完备的Re和Ta的影响作具体论述.Wilson等[122]基于离子辐照(30 keV W+，18 K)和原位场离子显微表征发现，Re可显著抑制辐照缺陷回复的第1阶段，仅3%Re (原子分数，下同)甚至可将其完全移除.Keys和Moteff[115]基于中子辐照和残余电阻率-退火温度曲线测量开展了更系统的工作.当金属W中嬗变产物Re的浓度不足1%时，Re主要抑制第1~2回复阶段，对第3阶段影响较小，引起的峰值温度偏移不足50 K；当Re浓度达到1%以上时，缺陷回复的各个阶段均开始受到影响.换言之，自间隙原子因Re原子的强捕获作用(结合能0.79~0.82 eV[15,91,92])，第1阶段的长程扩散受到严重阻碍.然而，空位与Re原子的结合能取决于Re/空位比(0.183~1.5 eV[88]).只有在Re累积至临界浓度以上时，对辐照空位的捕获和钉扎效应才更加显著，从而影响辐照缺陷回复的第3~4阶段. ...
Property change mechanism in tungsten under neutron irradiation in various reactors
1
2011
... 一部分嬗变产物Re继续衰变转化为Os[12].Os与Re的特性非常接近，但对辐照空位和自间隙缺陷均表现出更强的捕获能力，结合能分别达到0.53 eV和1.65~1.87 eV[15,91,92].辐照缺陷及损伤组织的演化因此出现逆转.Hu等[16]以热中子堆实验模拟聚变堆工况下纯W试样中的嬗变效应，结果发现Re与Os累积浓度比仅28∶1时，Os原子即可发生择优偏聚，并对Re原子的偏聚有强抑制作用，形成类核壳结构的W-Os-Re纳米团簇.上述结论与W-Re/Os、W-Re-Os模型合金的快堆中子、高能离子辐照实验结果高度一致[14,77,90].与Re相比，Os对辐照缺陷更强的捕获能力使得其脆性析出核心的结构更稳定，同等辐照条件下析出动力学过程加速，辐照硬化增加1~2倍[16, 93]. ...
Ion-irradiation induced clustering in W-Re-Ta, W-Re and W-Ta alloys: An atom probe tomography and nanoindentation study
1
2017
... 从嬗变产物浓度来看，合金元素Ta的影响不应忽略.然而Ta与辐照空位的结合能接近零，与自间隙原子的结合能仅0.2 eV[15]，远低于Re和Os的辐照缺陷捕获能力.Xu等[94]分析W-4.5%Ta (原子分数)和W-2%Re-1%Ta在高能重核离子辐照下的合金元素偏聚行为发现，高温高剂量(773 K、33 dpa)条件并未导致Ta原子偏聚；但Ta与Re之间存在协同效应.在W-2%Re-1%Ta模型合金中，尽管Ta对Re原子团簇的组分和结构无影响，但使其数密度降低近40%，辐照硬化也因而降低32%.Ta与Os之间的协同效应目前尚未见有文献涉及. ...
Effect of He-appm/DPA ratio on the damage microstructure of tungsten
1
2016
... 氢氦效应是辐照缺陷演化中的重要影响因素.结合聚变堆服役工况，边界等离子体中氢氦离子与聚变中子的能量以及穿透能力，钨部件表面的氢氦浓度与辐照损伤程度“dpa”的比值(即H-appm/dpa，He-appm/dpa，appm—atomic parts per million)可达到1000以上，而在部件芯部则不足10，造成显著的梯度差异[95].Harrison等[17]针对这一梯度差异率先开展了He-appm/dpa对金属W级联损伤缺陷尺寸分布、数量、间隙-空位性质影响的系统研究.通过原位辐照实验，调控入射He+离子能量(15~85 keV)和注入剂量，获得了He-appm/dpa比值为500、2000和40000 3种量级的金属W透射电镜薄膜试样.以773 K辐照为例[17]，当He-appm/dpa比值由500~2000量级升高至40000时，辐照位错环数密度降低，尺寸范围由2.5~10 nm变为7.5~35 nm，间隙类型的比例由约55%增加至约60%.随着He-appm/dpa比值增加，He+离子辐照产生的He泡数密度和平均尺寸也增大，并表现出强温度依存性. ...
Trapping of He clusters by inert-gas impurities in tungsten: First-principles predictions and experimental validation
1
2015
... 在辐照缺陷及损伤组织的演化过程中，He的存在本质上是改变了辐照点缺陷的输运行为.相比自间隙原子，辐照空位因结合能更高优先与He结合形成复合体(HemVn，结合能最高达到3.33 eV[96])，并作为形核位点演化成He泡.高He-appm/dpa比值促进了He泡的形核，消耗了大量辐照空位，降低了自间隙原子与辐照空位之间的复合概率.残留的自间隙原子被辐照位错环吸收，促进了位错环的异常增大和间隙类型比例的增加.Ipatova等[97]在金属W的40 keV H+ 离子辐照实验中也观察到类似现象，其中623 K、0.7 dpa (相当于H-appm/dpa比值为600000)对应的辐照位错环全部为间隙类型，平均尺寸达到(183±50) nm.与Yi等[76]报道的2 MeV W+、573 K、1.2 dpa辐照数据比较，即H-appm/dpa比值为零时，间隙与空位型辐照位错环共存，尺寸均在10 nm以下，80%不足4 nm. ...
Structural defect accumulation in tungsten and tungsten-5wt.% tantalum under incremental proton damage
1
2018
... 在辐照缺陷及损伤组织的演化过程中，He的存在本质上是改变了辐照点缺陷的输运行为.相比自间隙原子，辐照空位因结合能更高优先与He结合形成复合体(HemVn，结合能最高达到3.33 eV[96])，并作为形核位点演化成He泡.高He-appm/dpa比值促进了He泡的形核，消耗了大量辐照空位，降低了自间隙原子与辐照空位之间的复合概率.残留的自间隙原子被辐照位错环吸收，促进了位错环的异常增大和间隙类型比例的增加.Ipatova等[97]在金属W的40 keV H+ 离子辐照实验中也观察到类似现象，其中623 K、0.7 dpa (相当于H-appm/dpa比值为600000)对应的辐照位错环全部为间隙类型，平均尺寸达到(183±50) nm.与Yi等[76]报道的2 MeV W+、573 K、1.2 dpa辐照数据比较，即H-appm/dpa比值为零时，间隙与空位型辐照位错环共存，尺寸均在10 nm以下，80%不足4 nm. ...
Dislocation dynamics modelling of radiation damage in thin films
1
2014
... 这里论述的表面特指自由表面；在辐照实验中，它们代表了辐照粒子的入射、甚至出射表面.这些表面可吸收点缺陷，也可通过镜像力作用于长程迁移中的辐照缺陷团簇(1/2<111>位错环)，从而改变材料中的辐照缺陷群体的种类和数量.辐照缺陷距离表面的位置和缺陷之间的弹性相互作用是影响表面作用的关键因素.Ferroni等[98]基于位错动力学模拟发现，当位错环的尺寸(d)与其距离表面位置(D)满足D<3d时，它们极易受镜像力作用迁移至表面，从而发生湮灭.上述关系也说明，较大尺寸的辐照缺陷团簇在损伤组织中是相对稳定的.它们与相邻缺陷团簇的弹性作用能更高[50]，钉扎作用显著，不易受表面势阱影响.比较块体辐照和薄膜辐照(透射电镜原位观察) 2种常用的材料辐照考验形式，研究人员[99]还分析了高能重核离子(W+、Kr+)在金属W中的级联损伤差异.注意，块体辐照仅涉及1个自由表面，而薄膜辐照涉及2个自由表面.相同辐照温度和剂量条件下，薄膜辐照试样中间隙型1/2<111>位错环的比例较块体辐照降低了30%~50%，但更容易累积高浓度辐照空位，汇集成辐照孔洞.这些都充分反映了辐照自间隙缺陷更高的迁移能力，以及自由表面对该缺陷种群的优先吸收作用. ...
Comparative study of radiation defects in ion irradiated bulk and thin-foil tungsten
1
2020
... 这里论述的表面特指自由表面；在辐照实验中，它们代表了辐照粒子的入射、甚至出射表面.这些表面可吸收点缺陷，也可通过镜像力作用于长程迁移中的辐照缺陷团簇(1/2<111>位错环)，从而改变材料中的辐照缺陷群体的种类和数量.辐照缺陷距离表面的位置和缺陷之间的弹性相互作用是影响表面作用的关键因素.Ferroni等[98]基于位错动力学模拟发现，当位错环的尺寸(d)与其距离表面位置(D)满足D<3d时，它们极易受镜像力作用迁移至表面，从而发生湮灭.上述关系也说明，较大尺寸的辐照缺陷团簇在损伤组织中是相对稳定的.它们与相邻缺陷团簇的弹性作用能更高[50]，钉扎作用显著，不易受表面势阱影响.比较块体辐照和薄膜辐照(透射电镜原位观察) 2种常用的材料辐照考验形式，研究人员[99]还分析了高能重核离子(W+、Kr+)在金属W中的级联损伤差异.注意，块体辐照仅涉及1个自由表面，而薄膜辐照涉及2个自由表面.相同辐照温度和剂量条件下，薄膜辐照试样中间隙型1/2<111>位错环的比例较块体辐照降低了30%~50%，但更容易累积高浓度辐照空位，汇集成辐照孔洞.这些都充分反映了辐照自间隙缺陷更高的迁移能力，以及自由表面对该缺陷种群的优先吸收作用. ...
Defect distribution in ion-irradiated pure tungsten at different temperatures
1
2016
... 表面的存在也会改变辐照缺陷群体的空间分布，损伤组织沿辐照粒子入射方向出现分层结构.距离表面近的区域，辐照空位团簇(孔洞、气泡)的数密度高；距离表面远的区域，辐照空位团簇的数密度降低1~2个量级，但自间隙原子团簇呈现显著富集[100].损伤组织的分层结构在重核离子辐照的多组元单相固溶体合金[101]、甚至裂变中子辐照的大尺寸304奥氏体不锈钢试件中均有发现[102]，是材料辐照效应的一种常见现象.即使考虑聚变中子辐照环境，大尺寸部件经长时间服役也会出现表面与芯部的损伤组织差异，且将随着辐照后材料导热性能的降低而加剧. ...
Enhancing radiation tolerance by controlling defect mobility and migration pathways in multicomponent single-phase alloys
1
2016
... 表面的存在也会改变辐照缺陷群体的空间分布，损伤组织沿辐照粒子入射方向出现分层结构.距离表面近的区域，辐照空位团簇(孔洞、气泡)的数密度高；距离表面远的区域，辐照空位团簇的数密度降低1~2个量级，但自间隙原子团簇呈现显著富集[100].损伤组织的分层结构在重核离子辐照的多组元单相固溶体合金[101]、甚至裂变中子辐照的大尺寸304奥氏体不锈钢试件中均有发现[102]，是材料辐照效应的一种常见现象.即使考虑聚变中子辐照环境，大尺寸部件经长时间服役也会出现表面与芯部的损伤组织差异，且将随着辐照后材料导热性能的降低而加剧. ...
Microstructural characterization and density change of 304 stainless steel reflector blocks after long-term irradiation in EBR-II
1
2015
... 表面的存在也会改变辐照缺陷群体的空间分布，损伤组织沿辐照粒子入射方向出现分层结构.距离表面近的区域，辐照空位团簇(孔洞、气泡)的数密度高；距离表面远的区域，辐照空位团簇的数密度降低1~2个量级，但自间隙原子团簇呈现显著富集[100].损伤组织的分层结构在重核离子辐照的多组元单相固溶体合金[101]、甚至裂变中子辐照的大尺寸304奥氏体不锈钢试件中均有发现[102]，是材料辐照效应的一种常见现象.即使考虑聚变中子辐照环境，大尺寸部件经长时间服役也会出现表面与芯部的损伤组织差异，且将随着辐照后材料导热性能的降低而加剧. ...
Recent progresses on designing and manufacturing of bulk refractory alloys with high performances based on controlling interfaces
1
2020
... 在新型钨材料的抗辐照损伤研发中，辐照缺陷与界面(晶界、相界)的相互作用受到广泛关注[103,104].据理论预测[66]，晶界的存在大幅降低了邻近位置辐照缺陷(特别是自间隙缺陷)的形成能和扩散势垒，并且在邻近位置形成辐照空位与自间隙原子的低能垒复合湮灭区域，有效促进了辐照缺陷的捕获、吸收和复合，从而使材料表现出辐照“自愈合”行为.研究人员分析晶界密度、晶界类型影响，发现了与上述机理吻合的实验规律[105~107]：(1) 晶界密度高的纳米晶W (<100 nm)相比超细晶W (100~500 nm)在高能粒子辐照中表现出更强的抗辐照行为，辐照缺陷团簇的数密度在低于临界晶粒尺寸时呈指数衰减；(2) 大角度晶界比小角度晶界具有更强的辐照缺陷吸收效率，并且界面附近出现的缺陷洁净区宽度超出数倍.金属W基体添加纳米弥散相(K泡；ZrC、TiC碳化物；Y2O3氧化物等[108~111])改善了原始态材料的抗冲击韧性，同时也通过大量相界面(半共格、非共格为主)的引入，促进了辐照缺陷的吸收和复合.纳米弥散相界面与辐照缺陷的相互作用机理与晶界类似，但表现出更强的尾闾强度(sink strength)[112]，可超出纳米晶材料1~2个量级[113,114] (据Bullough元胞模型预测[109]，晶粒尺寸在35~100 nm范围的纳米晶W的晶界尾闾强度为(1.5~12) × 1015 m-2).近年来新材料研发常将“晶界”与“纳米弥散相”2种设计策略组合使用，并基于晶界与相界的协同调控获得更优的材料抗辐照能力[109,110]. ...
Preparation of ultrafine-grained/nanostructured tungsten materials: An overview
1
2019
... 在新型钨材料的抗辐照损伤研发中，辐照缺陷与界面(晶界、相界)的相互作用受到广泛关注[103,104].据理论预测[66]，晶界的存在大幅降低了邻近位置辐照缺陷(特别是自间隙缺陷)的形成能和扩散势垒，并且在邻近位置形成辐照空位与自间隙原子的低能垒复合湮灭区域，有效促进了辐照缺陷的捕获、吸收和复合，从而使材料表现出辐照“自愈合”行为.研究人员分析晶界密度、晶界类型影响，发现了与上述机理吻合的实验规律[105~107]：(1) 晶界密度高的纳米晶W (<100 nm)相比超细晶W (100~500 nm)在高能粒子辐照中表现出更强的抗辐照行为，辐照缺陷团簇的数密度在低于临界晶粒尺寸时呈指数衰减；(2) 大角度晶界比小角度晶界具有更强的辐照缺陷吸收效率，并且界面附近出现的缺陷洁净区宽度超出数倍.金属W基体添加纳米弥散相(K泡；ZrC、TiC碳化物；Y2O3氧化物等[108~111])改善了原始态材料的抗冲击韧性，同时也通过大量相界面(半共格、非共格为主)的引入，促进了辐照缺陷的吸收和复合.纳米弥散相界面与辐照缺陷的相互作用机理与晶界类似，但表现出更强的尾闾强度(sink strength)[112]，可超出纳米晶材料1~2个量级[113,114] (据Bullough元胞模型预测[109]，晶粒尺寸在35~100 nm范围的纳米晶W的晶界尾闾强度为(1.5~12) × 1015 m-2).近年来新材料研发常将“晶界”与“纳米弥散相”2种设计策略组合使用，并基于晶界与相界的协同调控获得更优的材料抗辐照能力[109,110]. ...
In-situ TEM observation of the response of ultrafine- and nanocrystalline-grained tungsten to extreme irradiation environments
1
2014
... 在新型钨材料的抗辐照损伤研发中，辐照缺陷与界面(晶界、相界)的相互作用受到广泛关注[103,104].据理论预测[66]，晶界的存在大幅降低了邻近位置辐照缺陷(特别是自间隙缺陷)的形成能和扩散势垒，并且在邻近位置形成辐照空位与自间隙原子的低能垒复合湮灭区域，有效促进了辐照缺陷的捕获、吸收和复合，从而使材料表现出辐照“自愈合”行为.研究人员分析晶界密度、晶界类型影响，发现了与上述机理吻合的实验规律[105~107]：(1) 晶界密度高的纳米晶W (<100 nm)相比超细晶W (100~500 nm)在高能粒子辐照中表现出更强的抗辐照行为，辐照缺陷团簇的数密度在低于临界晶粒尺寸时呈指数衰减；(2) 大角度晶界比小角度晶界具有更强的辐照缺陷吸收效率，并且界面附近出现的缺陷洁净区宽度超出数倍.金属W基体添加纳米弥散相(K泡；ZrC、TiC碳化物；Y2O3氧化物等[108~111])改善了原始态材料的抗冲击韧性，同时也通过大量相界面(半共格、非共格为主)的引入，促进了辐照缺陷的吸收和复合.纳米弥散相界面与辐照缺陷的相互作用机理与晶界类似，但表现出更强的尾闾强度(sink strength)[112]，可超出纳米晶材料1~2个量级[113,114] (据Bullough元胞模型预测[109]，晶粒尺寸在35~100 nm范围的纳米晶W的晶界尾闾强度为(1.5~12) × 1015 m-2).近年来新材料研发常将“晶界”与“纳米弥散相”2种设计策略组合使用，并基于晶界与相界的协同调控获得更优的材料抗辐照能力[109,110]. ...
Grain size threshold for enhanced irradiation resistance in nanocrystalline and ultrafine tungsten
2017
Effect of grain boundary character on sink efficiency
1
2012
... 在新型钨材料的抗辐照损伤研发中，辐照缺陷与界面(晶界、相界)的相互作用受到广泛关注[103,104].据理论预测[66]，晶界的存在大幅降低了邻近位置辐照缺陷(特别是自间隙缺陷)的形成能和扩散势垒，并且在邻近位置形成辐照空位与自间隙原子的低能垒复合湮灭区域，有效促进了辐照缺陷的捕获、吸收和复合，从而使材料表现出辐照“自愈合”行为.研究人员分析晶界密度、晶界类型影响，发现了与上述机理吻合的实验规律[105~107]：(1) 晶界密度高的纳米晶W (<100 nm)相比超细晶W (100~500 nm)在高能粒子辐照中表现出更强的抗辐照行为，辐照缺陷团簇的数密度在低于临界晶粒尺寸时呈指数衰减；(2) 大角度晶界比小角度晶界具有更强的辐照缺陷吸收效率，并且界面附近出现的缺陷洁净区宽度超出数倍.金属W基体添加纳米弥散相(K泡；ZrC、TiC碳化物；Y2O3氧化物等[108~111])改善了原始态材料的抗冲击韧性，同时也通过大量相界面(半共格、非共格为主)的引入，促进了辐照缺陷的吸收和复合.纳米弥散相界面与辐照缺陷的相互作用机理与晶界类似，但表现出更强的尾闾强度(sink strength)[112]，可超出纳米晶材料1~2个量级[113,114] (据Bullough元胞模型预测[109]，晶粒尺寸在35~100 nm范围的纳米晶W的晶界尾闾强度为(1.5~12) × 1015 m-2).近年来新材料研发常将“晶界”与“纳米弥散相”2种设计策略组合使用，并基于晶界与相界的协同调控获得更优的材料抗辐照能力[109,110]. ...
Tungsten-potassium: A promising plasma-facing material
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2019
... 在新型钨材料的抗辐照损伤研发中，辐照缺陷与界面(晶界、相界)的相互作用受到广泛关注[103,104].据理论预测[66]，晶界的存在大幅降低了邻近位置辐照缺陷(特别是自间隙缺陷)的形成能和扩散势垒，并且在邻近位置形成辐照空位与自间隙原子的低能垒复合湮灭区域，有效促进了辐照缺陷的捕获、吸收和复合，从而使材料表现出辐照“自愈合”行为.研究人员分析晶界密度、晶界类型影响，发现了与上述机理吻合的实验规律[105~107]：(1) 晶界密度高的纳米晶W (<100 nm)相比超细晶W (100~500 nm)在高能粒子辐照中表现出更强的抗辐照行为，辐照缺陷团簇的数密度在低于临界晶粒尺寸时呈指数衰减；(2) 大角度晶界比小角度晶界具有更强的辐照缺陷吸收效率，并且界面附近出现的缺陷洁净区宽度超出数倍.金属W基体添加纳米弥散相(K泡；ZrC、TiC碳化物；Y2O3氧化物等[108~111])改善了原始态材料的抗冲击韧性，同时也通过大量相界面(半共格、非共格为主)的引入，促进了辐照缺陷的吸收和复合.纳米弥散相界面与辐照缺陷的相互作用机理与晶界类似，但表现出更强的尾闾强度(sink strength)[112]，可超出纳米晶材料1~2个量级[113,114] (据Bullough元胞模型预测[109]，晶粒尺寸在35~100 nm范围的纳米晶W的晶界尾闾强度为(1.5~12) × 1015 m-2).近年来新材料研发常将“晶界”与“纳米弥散相”2种设计策略组合使用，并基于晶界与相界的协同调控获得更优的材料抗辐照能力[109,110]. ...
Extraordinary high ductility/strength of the interface designed bulk W-ZrC alloy plate at relatively low temperature
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2015
... 在新型钨材料的抗辐照损伤研发中，辐照缺陷与界面(晶界、相界)的相互作用受到广泛关注[103,104].据理论预测[66]，晶界的存在大幅降低了邻近位置辐照缺陷(特别是自间隙缺陷)的形成能和扩散势垒，并且在邻近位置形成辐照空位与自间隙原子的低能垒复合湮灭区域，有效促进了辐照缺陷的捕获、吸收和复合，从而使材料表现出辐照“自愈合”行为.研究人员分析晶界密度、晶界类型影响，发现了与上述机理吻合的实验规律[105~107]：(1) 晶界密度高的纳米晶W (<100 nm)相比超细晶W (100~500 nm)在高能粒子辐照中表现出更强的抗辐照行为，辐照缺陷团簇的数密度在低于临界晶粒尺寸时呈指数衰减；(2) 大角度晶界比小角度晶界具有更强的辐照缺陷吸收效率，并且界面附近出现的缺陷洁净区宽度超出数倍.金属W基体添加纳米弥散相(K泡；ZrC、TiC碳化物；Y2O3氧化物等[108~111])改善了原始态材料的抗冲击韧性，同时也通过大量相界面(半共格、非共格为主)的引入，促进了辐照缺陷的吸收和复合.纳米弥散相界面与辐照缺陷的相互作用机理与晶界类似，但表现出更强的尾闾强度(sink strength)[112]，可超出纳米晶材料1~2个量级[113,114] (据Bullough元胞模型预测[109]，晶粒尺寸在35~100 nm范围的纳米晶W的晶界尾闾强度为(1.5~12) × 1015 m-2).近年来新材料研发常将“晶界”与“纳米弥散相”2种设计策略组合使用，并基于晶界与相界的协同调控获得更优的材料抗辐照能力[109,110]. ...
... [109,110]. ...
Development of nanostructured tungsten based materials resistant to recrystallization and/or radiation induced embrittlement
1
2013
... 在新型钨材料的抗辐照损伤研发中，辐照缺陷与界面(晶界、相界)的相互作用受到广泛关注[103,104].据理论预测[66]，晶界的存在大幅降低了邻近位置辐照缺陷(特别是自间隙缺陷)的形成能和扩散势垒，并且在邻近位置形成辐照空位与自间隙原子的低能垒复合湮灭区域，有效促进了辐照缺陷的捕获、吸收和复合，从而使材料表现出辐照“自愈合”行为.研究人员分析晶界密度、晶界类型影响，发现了与上述机理吻合的实验规律[105~107]：(1) 晶界密度高的纳米晶W (<100 nm)相比超细晶W (100~500 nm)在高能粒子辐照中表现出更强的抗辐照行为，辐照缺陷团簇的数密度在低于临界晶粒尺寸时呈指数衰减；(2) 大角度晶界比小角度晶界具有更强的辐照缺陷吸收效率，并且界面附近出现的缺陷洁净区宽度超出数倍.金属W基体添加纳米弥散相(K泡；ZrC、TiC碳化物；Y2O3氧化物等[108~111])改善了原始态材料的抗冲击韧性，同时也通过大量相界面(半共格、非共格为主)的引入，促进了辐照缺陷的吸收和复合.纳米弥散相界面与辐照缺陷的相互作用机理与晶界类似，但表现出更强的尾闾强度(sink strength)[112]，可超出纳米晶材料1~2个量级[113,114] (据Bullough元胞模型预测[109]，晶粒尺寸在35~100 nm范围的纳米晶W的晶界尾闾强度为(1.5~12) × 1015 m-2).近年来新材料研发常将“晶界”与“纳米弥散相”2种设计策略组合使用，并基于晶界与相界的协同调控获得更优的材料抗辐照能力[109,110]. ...
Mechanical properties and microstructural change of W-Y2O3 alloy under helium irradiation
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2015
... 在新型钨材料的抗辐照损伤研发中，辐照缺陷与界面(晶界、相界)的相互作用受到广泛关注[103,104].据理论预测[66]，晶界的存在大幅降低了邻近位置辐照缺陷(特别是自间隙缺陷)的形成能和扩散势垒，并且在邻近位置形成辐照空位与自间隙原子的低能垒复合湮灭区域，有效促进了辐照缺陷的捕获、吸收和复合，从而使材料表现出辐照“自愈合”行为.研究人员分析晶界密度、晶界类型影响，发现了与上述机理吻合的实验规律[105~107]：(1) 晶界密度高的纳米晶W (<100 nm)相比超细晶W (100~500 nm)在高能粒子辐照中表现出更强的抗辐照行为，辐照缺陷团簇的数密度在低于临界晶粒尺寸时呈指数衰减；(2) 大角度晶界比小角度晶界具有更强的辐照缺陷吸收效率，并且界面附近出现的缺陷洁净区宽度超出数倍.金属W基体添加纳米弥散相(K泡；ZrC、TiC碳化物；Y2O3氧化物等[108~111])改善了原始态材料的抗冲击韧性，同时也通过大量相界面(半共格、非共格为主)的引入，促进了辐照缺陷的吸收和复合.纳米弥散相界面与辐照缺陷的相互作用机理与晶界类似，但表现出更强的尾闾强度(sink strength)[112]，可超出纳米晶材料1~2个量级[113,114] (据Bullough元胞模型预测[109]，晶粒尺寸在35~100 nm范围的纳米晶W的晶界尾闾强度为(1.5~12) × 1015 m-2).近年来新材料研发常将“晶界”与“纳米弥散相”2种设计策略组合使用，并基于晶界与相界的协同调控获得更优的材料抗辐照能力[109,110]. ...
辐照材料的肿胀理论(Ⅰ)——中性尾闾
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1989
... 在新型钨材料的抗辐照损伤研发中，辐照缺陷与界面(晶界、相界)的相互作用受到广泛关注[103,104].据理论预测[66]，晶界的存在大幅降低了邻近位置辐照缺陷(特别是自间隙缺陷)的形成能和扩散势垒，并且在邻近位置形成辐照空位与自间隙原子的低能垒复合湮灭区域，有效促进了辐照缺陷的捕获、吸收和复合，从而使材料表现出辐照“自愈合”行为.研究人员分析晶界密度、晶界类型影响，发现了与上述机理吻合的实验规律[105~107]：(1) 晶界密度高的纳米晶W (<100 nm)相比超细晶W (100~500 nm)在高能粒子辐照中表现出更强的抗辐照行为，辐照缺陷团簇的数密度在低于临界晶粒尺寸时呈指数衰减；(2) 大角度晶界比小角度晶界具有更强的辐照缺陷吸收效率，并且界面附近出现的缺陷洁净区宽度超出数倍.金属W基体添加纳米弥散相(K泡；ZrC、TiC碳化物；Y2O3氧化物等[108~111])改善了原始态材料的抗冲击韧性，同时也通过大量相界面(半共格、非共格为主)的引入，促进了辐照缺陷的吸收和复合.纳米弥散相界面与辐照缺陷的相互作用机理与晶界类似，但表现出更强的尾闾强度(sink strength)[112]，可超出纳米晶材料1~2个量级[113,114] (据Bullough元胞模型预测[109]，晶粒尺寸在35~100 nm范围的纳米晶W的晶界尾闾强度为(1.5~12) × 1015 m-2).近年来新材料研发常将“晶界”与“纳米弥散相”2种设计策略组合使用，并基于晶界与相界的协同调控获得更优的材料抗辐照能力[109,110]. ...
辐照材料的肿胀理论(Ⅰ)——中性尾闾
1
1989
... 在新型钨材料的抗辐照损伤研发中，辐照缺陷与界面(晶界、相界)的相互作用受到广泛关注[103,104].据理论预测[66]，晶界的存在大幅降低了邻近位置辐照缺陷(特别是自间隙缺陷)的形成能和扩散势垒，并且在邻近位置形成辐照空位与自间隙原子的低能垒复合湮灭区域，有效促进了辐照缺陷的捕获、吸收和复合，从而使材料表现出辐照“自愈合”行为.研究人员分析晶界密度、晶界类型影响，发现了与上述机理吻合的实验规律[105~107]：(1) 晶界密度高的纳米晶W (<100 nm)相比超细晶W (100~500 nm)在高能粒子辐照中表现出更强的抗辐照行为，辐照缺陷团簇的数密度在低于临界晶粒尺寸时呈指数衰减；(2) 大角度晶界比小角度晶界具有更强的辐照缺陷吸收效率，并且界面附近出现的缺陷洁净区宽度超出数倍.金属W基体添加纳米弥散相(K泡；ZrC、TiC碳化物；Y2O3氧化物等[108~111])改善了原始态材料的抗冲击韧性，同时也通过大量相界面(半共格、非共格为主)的引入，促进了辐照缺陷的吸收和复合.纳米弥散相界面与辐照缺陷的相互作用机理与晶界类似，但表现出更强的尾闾强度(sink strength)[112]，可超出纳米晶材料1~2个量级[113,114] (据Bullough元胞模型预测[109]，晶粒尺寸在35~100 nm范围的纳米晶W的晶界尾闾强度为(1.5~12) × 1015 m-2).近年来新材料研发常将“晶界”与“纳米弥散相”2种设计策略组合使用，并基于晶界与相界的协同调控获得更优的材料抗辐照能力[109,110]. ...
Sink strengths for thin film surfaces and grain boundaries
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1980
... 在新型钨材料的抗辐照损伤研发中，辐照缺陷与界面(晶界、相界)的相互作用受到广泛关注[103,104].据理论预测[66]，晶界的存在大幅降低了邻近位置辐照缺陷(特别是自间隙缺陷)的形成能和扩散势垒，并且在邻近位置形成辐照空位与自间隙原子的低能垒复合湮灭区域，有效促进了辐照缺陷的捕获、吸收和复合，从而使材料表现出辐照“自愈合”行为.研究人员分析晶界密度、晶界类型影响，发现了与上述机理吻合的实验规律[105~107]：(1) 晶界密度高的纳米晶W (<100 nm)相比超细晶W (100~500 nm)在高能粒子辐照中表现出更强的抗辐照行为，辐照缺陷团簇的数密度在低于临界晶粒尺寸时呈指数衰减；(2) 大角度晶界比小角度晶界具有更强的辐照缺陷吸收效率，并且界面附近出现的缺陷洁净区宽度超出数倍.金属W基体添加纳米弥散相(K泡；ZrC、TiC碳化物；Y2O3氧化物等[108~111])改善了原始态材料的抗冲击韧性，同时也通过大量相界面(半共格、非共格为主)的引入，促进了辐照缺陷的吸收和复合.纳米弥散相界面与辐照缺陷的相互作用机理与晶界类似，但表现出更强的尾闾强度(sink strength)[112]，可超出纳米晶材料1~2个量级[113,114] (据Bullough元胞模型预测[109]，晶粒尺寸在35~100 nm范围的纳米晶W的晶界尾闾强度为(1.5~12) × 1015 m-2).近年来新材料研发常将“晶界”与“纳米弥散相”2种设计策略组合使用，并基于晶界与相界的协同调控获得更优的材料抗辐照能力[109,110]. ...
Designing radiation resistance in materials for fusion energy
1
2014
... 在新型钨材料的抗辐照损伤研发中，辐照缺陷与界面(晶界、相界)的相互作用受到广泛关注[103,104].据理论预测[66]，晶界的存在大幅降低了邻近位置辐照缺陷(特别是自间隙缺陷)的形成能和扩散势垒，并且在邻近位置形成辐照空位与自间隙原子的低能垒复合湮灭区域，有效促进了辐照缺陷的捕获、吸收和复合，从而使材料表现出辐照“自愈合”行为.研究人员分析晶界密度、晶界类型影响，发现了与上述机理吻合的实验规律[105~107]：(1) 晶界密度高的纳米晶W (<100 nm)相比超细晶W (100~500 nm)在高能粒子辐照中表现出更强的抗辐照行为，辐照缺陷团簇的数密度在低于临界晶粒尺寸时呈指数衰减；(2) 大角度晶界比小角度晶界具有更强的辐照缺陷吸收效率，并且界面附近出现的缺陷洁净区宽度超出数倍.金属W基体添加纳米弥散相(K泡；ZrC、TiC碳化物；Y2O3氧化物等[108~111])改善了原始态材料的抗冲击韧性，同时也通过大量相界面(半共格、非共格为主)的引入，促进了辐照缺陷的吸收和复合.纳米弥散相界面与辐照缺陷的相互作用机理与晶界类似，但表现出更强的尾闾强度(sink strength)[112]，可超出纳米晶材料1~2个量级[113,114] (据Bullough元胞模型预测[109]，晶粒尺寸在35~100 nm范围的纳米晶W的晶界尾闾强度为(1.5~12) × 1015 m-2).近年来新材料研发常将“晶界”与“纳米弥散相”2种设计策略组合使用，并基于晶界与相界的协同调控获得更优的材料抗辐照能力[109,110]. ...
Neutron irradiation and defect recovery of tungsten
2
1970
... 辐照缺陷的热回复过程反映了缺陷发生迁移和反应的热力学与动力学信息.依据裂变中子辐照及辐照后退火试样的体电阻率测量结果，Keys等[115]和Bowkett等[116]总结出金属W中缺陷回复的5个特征阶段.其中第1阶段(20~100 K)对应Frenkel缺陷对的复合与自间隙原子的长程迁移，在第2阶段(100~700 K)出现自间隙原子挣脱位错及杂质原子的吸附，第3阶段(700~920 K)和第4阶段(920~1270 K)分别涉及空位扩散、空位-空位/杂质复合团簇的迁移，最后在第5阶段(1270~1800 K)发生空位及(或)间隙团簇的分解.这一早期的研究方法定性描述了辐照缺陷的热回复过程，但未能直观、定量反映辐照缺陷的群体特征，有关辐照缺陷回复过程的演化路径、演化动力学信息仍相对匮乏.此外，由于采用裂变中子辐照引入缺陷，不同堆型和辐照批次之间存在中子能谱、注量和注量率等差异，样品成分也会因嬗变反应发生不同变化，从而引入测量误差[117].下文将分别从金属W辐照缺陷热回复过程的直观、定量表征和嬗变/合金元素影响2个方面展开讨论，介绍相关研究的新进展. ...
... 金属W中的嬗变合金元素因对辐照缺陷的捕获作用，不仅影响着缺陷及损伤组织的演化，也约束了辐照缺陷的热回复行为.这里主要就文献报道比较完备的Re和Ta的影响作具体论述.Wilson等[122]基于离子辐照(30 keV W+，18 K)和原位场离子显微表征发现，Re可显著抑制辐照缺陷回复的第1阶段，仅3%Re (原子分数，下同)甚至可将其完全移除.Keys和Moteff[115]基于中子辐照和残余电阻率-退火温度曲线测量开展了更系统的工作.当金属W中嬗变产物Re的浓度不足1%时，Re主要抑制第1~2回复阶段，对第3阶段影响较小，引起的峰值温度偏移不足50 K；当Re浓度达到1%以上时，缺陷回复的各个阶段均开始受到影响.换言之，自间隙原子因Re原子的强捕获作用(结合能0.79~0.82 eV[15,91,92])，第1阶段的长程扩散受到严重阻碍.然而，空位与Re原子的结合能取决于Re/空位比(0.183~1.5 eV[88]).只有在Re累积至临界浓度以上时，对辐照空位的捕获和钉扎效应才更加显著，从而影响辐照缺陷回复的第3~4阶段. ...
The annealing of radiation damage in tungsten investigated by field-ion microscopy
1
312A
... 辐照缺陷的热回复过程反映了缺陷发生迁移和反应的热力学与动力学信息.依据裂变中子辐照及辐照后退火试样的体电阻率测量结果，Keys等[115]和Bowkett等[116]总结出金属W中缺陷回复的5个特征阶段.其中第1阶段(20~100 K)对应Frenkel缺陷对的复合与自间隙原子的长程迁移，在第2阶段(100~700 K)出现自间隙原子挣脱位错及杂质原子的吸附，第3阶段(700~920 K)和第4阶段(920~1270 K)分别涉及空位扩散、空位-空位/杂质复合团簇的迁移，最后在第5阶段(1270~1800 K)发生空位及(或)间隙团簇的分解.这一早期的研究方法定性描述了辐照缺陷的热回复过程，但未能直观、定量反映辐照缺陷的群体特征，有关辐照缺陷回复过程的演化路径、演化动力学信息仍相对匮乏.此外，由于采用裂变中子辐照引入缺陷，不同堆型和辐照批次之间存在中子能谱、注量和注量率等差异，样品成分也会因嬗变反应发生不同变化，从而引入测量误差[117].下文将分别从金属W辐照缺陷热回复过程的直观、定量表征和嬗变/合金元素影响2个方面展开讨论，介绍相关研究的新进展. ...
Radiation damage and stage III defect annealing in thermal neutron irradiated tungsten
1
1978
... 辐照缺陷的热回复过程反映了缺陷发生迁移和反应的热力学与动力学信息.依据裂变中子辐照及辐照后退火试样的体电阻率测量结果，Keys等[115]和Bowkett等[116]总结出金属W中缺陷回复的5个特征阶段.其中第1阶段(20~100 K)对应Frenkel缺陷对的复合与自间隙原子的长程迁移，在第2阶段(100~700 K)出现自间隙原子挣脱位错及杂质原子的吸附，第3阶段(700~920 K)和第4阶段(920~1270 K)分别涉及空位扩散、空位-空位/杂质复合团簇的迁移，最后在第5阶段(1270~1800 K)发生空位及(或)间隙团簇的分解.这一早期的研究方法定性描述了辐照缺陷的热回复过程，但未能直观、定量反映辐照缺陷的群体特征，有关辐照缺陷回复过程的演化路径、演化动力学信息仍相对匮乏.此外，由于采用裂变中子辐照引入缺陷，不同堆型和辐照批次之间存在中子能谱、注量和注量率等差异，样品成分也会因嬗变反应发生不同变化，从而引入测量误差[117].下文将分别从金属W辐照缺陷热回复过程的直观、定量表征和嬗变/合金元素影响2个方面展开讨论，介绍相关研究的新进展. ...
Defect evolution in single crystalline tungsten following low temperature and low dose neutron irradiation
4
2016
... 实现钨部件在聚变反应堆工况下的服役寿命及可靠性预测，需获得不同回复阶段内(特别是第3~5阶段[2])的辐照缺陷种类、尺寸、数量、空间分布，以及其随时间的变化规律.这些直观、定量的基础性数据积累，有助于微观损伤组织、力学性能等预测模型的验证和完善.Hu等[118]和Ferroni等[119]分别从中子辐照和离子辐照2个角度系统研究了金属W的辐照缺陷热回复过程. ...
... Hu等[118]选择了单晶W进行低温、低剂量中子辐照(363 K，0.006~0.03 dpa)，以及辐照后的等时退火研究.低辐照剂量有效回避了嬗变元素的影响，有利于反映材料中辐照缺陷的本征回复特性.基于正电子湮没寿命谱、Doppler展宽谱和透射电镜成像分析，追踪了辐照空位的热回复过程.测量发现中子辐照引入了大量包含2~3个空位的小尺寸团簇；经过673~1073 K时效(第3阶段)，空位团簇尺寸显著长大，平均包含多至9个空位，少数团簇所含空位数超过40；在1073~1573 K时效(第4~5阶段)过程中，多数空位团簇发生显著分解，少数通过Ostwald熟化继续长大，与杂质原子结合形成结构更加稳定的复合团簇；5倍的辐照剂量差异，导致各个热回复阶段对应的温度区间迁移了约+200 K.辐照自间隙原子团簇(位错环)的热回复始于773 K左右，在1073~1273 K (第4阶段)该类缺陷的数量显著下降至几乎完全移除.Vickers硬度结果显示金属W在中子辐照后发生时效再硬化.结合弥散势垒硬化模型分析，并考虑到辐照空位与自间隙原子团簇的回复规律，作者提出空位团簇是该材料发生辐照硬化的主要根源.上述工作对辐照缺陷，特别是辐照空位的热回复机制给出了定量描述，但仅对辐照自间隙缺陷(位错环)回复过程进行了初步研究，确定了尺寸与数量，未涉及几何形态、长程迁移、合并与尺寸粗化等机理问题. ...
... Ferroni等[119]对金属W进行了2 MeV W+离子辐照(773 K、1.5 dpa)和等温、等时退火，并结合透射电镜高温原位表征确定了自间隙原子团簇发生热回复的路径及对应的时空尺度.发现这些团簇以1/2<111>位错环为主，在773~973 K时尺寸稳定并沿Burgers矢量方向一维往复运动；在973~1073 K时出现有序分布；1073~1273 K时发生大规模合并反应与尺寸粗化，数量骤减；而在1273~1473 K时，自间隙原子团簇与表面相互作用显著，辐照自间隙缺陷几乎完全移除.具体过程如图4[120]所示.值得重点关注的是，位错环发生的合并反应及其粗化率：约1 nm/s (1273 K).考虑到位错环尺寸粗化的本质为攀移过程，Ferroni等[119]基于空位的形成与迁移能垒估算了对应的粗化速率，结果约为1 nm/h (1473 K)，与实验观察明显不符.Swinburne等[121]提出bcc结构金属中辐照位错环的粗化应为一种自攀移过程，即：间隙原子沿位错线扩散以实现位错环尺寸的快速长大.动力学Monte Carlo模拟和位错动力学模拟显示，金属W中自攀移机制的激活能垒仅为空位攀移机制的一半左右，所需时间尺度与透射电镜原位观察结果一致.离子辐照在金属W中也引入了大量空位，但1073 K以上才达到透射电镜可见尺寸，约1.5 nm.在1673 K时，空位团簇(孔洞)的平均尺寸增至4 nm，但数量降低近2个量级[118]. ...
... 从Hu等[118]和Ferroni等[119]的工作可知，中子与离子辐照缺陷的回复阶段划分与回复机制存在诸多共性.空位团簇的尺寸与数量由第4~5阶段的Ostwald熟化和分解过程控制，而自间隙原子团簇(位错环)则主要受到第4阶段的自攀移过程影响.这些机制扩展了人们对辐照缺陷热回复机制的经典认识和理解，决定了金属W在高温服役下的辐照缺陷累积规律，关系着部件的使用寿命和可靠性. ...
High temperature annealing of ion irradiated tungsten
6
2015
... 实现钨部件在聚变反应堆工况下的服役寿命及可靠性预测，需获得不同回复阶段内(特别是第3~5阶段[2])的辐照缺陷种类、尺寸、数量、空间分布，以及其随时间的变化规律.这些直观、定量的基础性数据积累，有助于微观损伤组织、力学性能等预测模型的验证和完善.Hu等[118]和Ferroni等[119]分别从中子辐照和离子辐照2个角度系统研究了金属W的辐照缺陷热回复过程. ...
... Ferroni等[119]对金属W进行了2 MeV W+离子辐照(773 K、1.5 dpa)和等温、等时退火，并结合透射电镜高温原位表征确定了自间隙原子团簇发生热回复的路径及对应的时空尺度.发现这些团簇以1/2<111>位错环为主，在773~973 K时尺寸稳定并沿Burgers矢量方向一维往复运动；在973~1073 K时出现有序分布；1073~1273 K时发生大规模合并反应与尺寸粗化，数量骤减；而在1273~1473 K时，自间隙原子团簇与表面相互作用显著，辐照自间隙缺陷几乎完全移除.具体过程如图4[120]所示.值得重点关注的是，位错环发生的合并反应及其粗化率：约1 nm/s (1273 K).考虑到位错环尺寸粗化的本质为攀移过程，Ferroni等[119]基于空位的形成与迁移能垒估算了对应的粗化速率，结果约为1 nm/h (1473 K)，与实验观察明显不符.Swinburne等[121]提出bcc结构金属中辐照位错环的粗化应为一种自攀移过程，即：间隙原子沿位错线扩散以实现位错环尺寸的快速长大.动力学Monte Carlo模拟和位错动力学模拟显示，金属W中自攀移机制的激活能垒仅为空位攀移机制的一半左右，所需时间尺度与透射电镜原位观察结果一致.离子辐照在金属W中也引入了大量空位，但1073 K以上才达到透射电镜可见尺寸，约1.5 nm.在1673 K时，空位团簇(孔洞)的平均尺寸增至4 nm，但数量降低近2个量级[118]. ...
... [119]基于空位的形成与迁移能垒估算了对应的粗化速率，结果约为1 nm/h (1473 K)，与实验观察明显不符.Swinburne等[121]提出bcc结构金属中辐照位错环的粗化应为一种自攀移过程，即：间隙原子沿位错线扩散以实现位错环尺寸的快速长大.动力学Monte Carlo模拟和位错动力学模拟显示，金属W中自攀移机制的激活能垒仅为空位攀移机制的一半左右，所需时间尺度与透射电镜原位观察结果一致.离子辐照在金属W中也引入了大量空位，但1073 K以上才达到透射电镜可见尺寸，约1.5 nm.在1673 K时，空位团簇(孔洞)的平均尺寸增至4 nm，但数量降低近2个量级[118]. ...
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119]
Evolution of damage structure in 2 MeV W<sup>+</sup> ion irradiated tungsten (773 K, 1.5 dpa) during dynamic annealing from room temperature (R.T.) to 1473 K (a-h) (Imaging condition: two-beam kinematical bright-field, <strong><i>g<sub/></i></strong>=<sub/>0<span class="formulaText"><inline-formula><math id="M4"><mover><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow><mo>¯</mo></mover></math></span></inline-formula></span><span class="formulaNumber">0)</span><sup>[<xref ref-type="bibr" rid="R119">119</xref>]</sup>Fig.4从Hu等[118]和Ferroni等[119]的工作可知，中子与离子辐照缺陷的回复阶段划分与回复机制存在诸多共性.空位团簇的尺寸与数量由第4~5阶段的Ostwald熟化和分解过程控制，而自间隙原子团簇(位错环)则主要受到第4阶段的自攀移过程影响.这些机制扩展了人们对辐照缺陷热回复机制的经典认识和理解，决定了金属W在高温服役下的辐照缺陷累积规律，关系着部件的使用寿命和可靠性. ...
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119]
Fig.4从Hu等[118]和Ferroni等[119]的工作可知，中子与离子辐照缺陷的回复阶段划分与回复机制存在诸多共性.空位团簇的尺寸与数量由第4~5阶段的Ostwald熟化和分解过程控制，而自间隙原子团簇(位错环)则主要受到第4阶段的自攀移过程影响.这些机制扩展了人们对辐照缺陷热回复机制的经典认识和理解，决定了金属W在高温服役下的辐照缺陷累积规律，关系着部件的使用寿命和可靠性. ...
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... 从Hu等[118]和Ferroni等[119]的工作可知，中子与离子辐照缺陷的回复阶段划分与回复机制存在诸多共性.空位团簇的尺寸与数量由第4~5阶段的Ostwald熟化和分解过程控制，而自间隙原子团簇(位错环)则主要受到第4阶段的自攀移过程影响.这些机制扩展了人们对辐照缺陷热回复机制的经典认识和理解，决定了金属W在高温服役下的辐照缺陷累积规律，关系着部件的使用寿命和可靠性. ...
Electron microscopy and multi-scale modelling of radiation damage recovery in tungsten
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2016
... Ferroni等[119]对金属W进行了2 MeV W+离子辐照(773 K、1.5 dpa)和等温、等时退火，并结合透射电镜高温原位表征确定了自间隙原子团簇发生热回复的路径及对应的时空尺度.发现这些团簇以1/2<111>位错环为主，在773~973 K时尺寸稳定并沿Burgers矢量方向一维往复运动；在973~1073 K时出现有序分布；1073~1273 K时发生大规模合并反应与尺寸粗化，数量骤减；而在1273~1473 K时，自间隙原子团簇与表面相互作用显著，辐照自间隙缺陷几乎完全移除.具体过程如图4[120]所示.值得重点关注的是，位错环发生的合并反应及其粗化率：约1 nm/s (1273 K).考虑到位错环尺寸粗化的本质为攀移过程，Ferroni等[119]基于空位的形成与迁移能垒估算了对应的粗化速率，结果约为1 nm/h (1473 K)，与实验观察明显不符.Swinburne等[121]提出bcc结构金属中辐照位错环的粗化应为一种自攀移过程，即：间隙原子沿位错线扩散以实现位错环尺寸的快速长大.动力学Monte Carlo模拟和位错动力学模拟显示，金属W中自攀移机制的激活能垒仅为空位攀移机制的一半左右，所需时间尺度与透射电镜原位观察结果一致.离子辐照在金属W中也引入了大量空位，但1073 K以上才达到透射电镜可见尺寸，约1.5 nm.在1673 K时，空位团簇(孔洞)的平均尺寸增至4 nm，但数量降低近2个量级[118]. ...
Fast, vacancy-free climb of prismatic dislocation loops in bcc metals
1
2016
... Ferroni等[119]对金属W进行了2 MeV W+离子辐照(773 K、1.5 dpa)和等温、等时退火，并结合透射电镜高温原位表征确定了自间隙原子团簇发生热回复的路径及对应的时空尺度.发现这些团簇以1/2<111>位错环为主，在773~973 K时尺寸稳定并沿Burgers矢量方向一维往复运动；在973~1073 K时出现有序分布；1073~1273 K时发生大规模合并反应与尺寸粗化，数量骤减；而在1273~1473 K时，自间隙原子团簇与表面相互作用显著，辐照自间隙缺陷几乎完全移除.具体过程如图4[120]所示.值得重点关注的是，位错环发生的合并反应及其粗化率：约1 nm/s (1273 K).考虑到位错环尺寸粗化的本质为攀移过程，Ferroni等[119]基于空位的形成与迁移能垒估算了对应的粗化速率，结果约为1 nm/h (1473 K)，与实验观察明显不符.Swinburne等[121]提出bcc结构金属中辐照位错环的粗化应为一种自攀移过程，即：间隙原子沿位错线扩散以实现位错环尺寸的快速长大.动力学Monte Carlo模拟和位错动力学模拟显示，金属W中自攀移机制的激活能垒仅为空位攀移机制的一半左右，所需时间尺度与透射电镜原位观察结果一致.离子辐照在金属W中也引入了大量空位，但1073 K以上才达到透射电镜可见尺寸，约1.5 nm.在1673 K时，空位团簇(孔洞)的平均尺寸增至4 nm，但数量降低近2个量级[118]. ...
An in situ field-ion microscope study of the recovery behavior of ion-irradiated tungsten and tungsten alloys
1
1980
... 金属W中的嬗变合金元素因对辐照缺陷的捕获作用，不仅影响着缺陷及损伤组织的演化，也约束了辐照缺陷的热回复行为.这里主要就文献报道比较完备的Re和Ta的影响作具体论述.Wilson等[122]基于离子辐照(30 keV W+，18 K)和原位场离子显微表征发现，Re可显著抑制辐照缺陷回复的第1阶段，仅3%Re (原子分数，下同)甚至可将其完全移除.Keys和Moteff[115]基于中子辐照和残余电阻率-退火温度曲线测量开展了更系统的工作.当金属W中嬗变产物Re的浓度不足1%时，Re主要抑制第1~2回复阶段，对第3阶段影响较小，引起的峰值温度偏移不足50 K；当Re浓度达到1%以上时，缺陷回复的各个阶段均开始受到影响.换言之，自间隙原子因Re原子的强捕获作用(结合能0.79~0.82 eV[15,91,92])，第1阶段的长程扩散受到严重阻碍.然而，空位与Re原子的结合能取决于Re/空位比(0.183~1.5 eV[88]).只有在Re累积至临界浓度以上时，对辐照空位的捕获和钉扎效应才更加显著，从而影响辐照缺陷回复的第3~4阶段. ...
High-temperature defect recovery in self-ion irradiated W-5 wt%Ta
1
2019
... Yi等[123]报道了Ta的影响.通过比较离子辐照(2 MeV W+，773 K)后的高纯W和W-5%Ta (质量分数)在退火过程中的缺陷与组织演化，发现Ta仅约束自间隙缺陷及团簇的热回复行为，而对空位团簇几乎没有影响.例如，当温度升至1473 K，W-5%Ta合金的损伤组织中间隙型位错环的密度仍有约5.3 ×1021 m-3，但在高纯W中该缺陷的密度却低了3个量级；与此同时，空位团簇(孔洞)特征在2种材料中几乎没有差别，密度和平均尺寸分别达到约5.1 ×1021 m-3和2.5 nm.这些现象与理论计算得到的结合能数据是一致的：Ta与金属W自间隙原子的结合能约为0.2 eV，但与空位的结合能几乎为零[15].这意味着Ta对自间隙型缺陷的迁移有一定程度的阻碍作用，但对空位的迁移没有影响. ...
图1
