山东大学高宁教授团队在材料辐照损伤研究方面取得进展

近日，山东大学前沿交叉科学青岛研究院粒子科学技术研究中心高宁教授团队在材料辐照损伤研究方面取得进展，在Nature Communications上发表了题为“Mechanisms for <100> interstitial dislocation loops to diffuse in BCC iron”的研究论文。高宁教授为第一作者，山东大学为第一单位，加拿大皇后大学ZW Yao教授和美国密歇根大学F Gao教授为共同通讯作者。
 

载能粒子与材料相互作用，通过能量传递导致材料中的原子可能发生离位，形成空位及间隙子，这些点缺陷在演化过程中，或者相互反应发生湮灭，或者扩散反应成核长大，形成空位或者间隙型位错环。在目前常用的反应堆铁基结构材料中，这些位错环一般以伯格斯矢量1/2<111>或<100>结构存在，诱发辐照硬化、脆化、肿胀及疲劳等辐照损伤，导致材料服役性能降低，影响反应堆安全服役寿命。因此，为了确保反应堆的安全服役以及延寿评估，需要理解材料中的位错环的各种性质。对于1/2<111>位错环，研究人员已经了解了其形成扩散及与其他缺陷相互反应过程，而对于<100>位错环，由于其较高的迁移势垒，导致对其动力学过程研究比较困难，传统观点认为其主要表现为固定缺陷性质，但是最近的研究表明，这些缺陷可以表现出运动性能，所以理解其动力学扩散机制，是理解<100>位错环性质的关键一步。

为了解决上述困难，本研究采用加速分子动力学、辐照与原位透射电镜(TEM)分析表征及TEM图像模拟相互结合的研究方法，对<100>位错环开展系统研究。研究表明，<100>位错环可以通过旋转惯性面的方式进行运动，不同于1/2<111>位错环的扩散，<100>位错环旋转惯性面旋转轴具有两个维度，可以通过两条路径实现扩散，但是具有较高的迁移势垒，计算模拟与原位实验均证实了上述新机制的存在，研究结果为辐照损伤研究提供新的科学参考，为其他尺度的研究提供了新的数据。

山东大学高宁教授团队依托山东大学粒子物理与粒子辐照教育部重点实验室，长期从事材料性质的计算模拟与实验验证研究，相关研究成果发表在Nature Materials, Acta Materialia, Journal of Nuclear Materials等期刊。上述研究得到了国家磁约束专项项目(2018YFE0308101)、国家基金委面上基金(12075141，11675230)及重大仪器研制项目(11427904)的资助。