[发明专利]一种辐照在线内耗原位测量装置

说明书

本发明属于辐照测量技术领域，具体涉及一种辐照在线内耗原位测量装置。包括设有重离子束流管道(9)的密封的真空腔室(1)，真空腔室(1)内部用于设置辐照样品(12)并能够对辐照样品(12)进行加热，加速后的重离子束能够通过重离子束流管道(9)照射到辐照样品(12)内部，还包括用于测量辐照样品(12)的位移变化的位移探测器(7)。该装置实现了高温环境下的重离子辐照实验中材料的力学性能的在线原位测量，可以在辐照过程中通过对内耗谱的测量，直观获得材料的力学性能变化，并且得到材料辐照过程中产生的辐照缺陷的种类、浓度以及动力学扩散过程，获得温度、辐照剂量等辐照条件等对材料辐照脆化、缺陷演化等方面的信息。

技术领域

本发明属于辐照测量技术领域，具体涉及一种辐照在线内耗原位测量装置。

背景技术

在新一代核能系统中，结构材料的常规工作温度在300-1000℃高温，同时受到100-200dpa或更高辐照损伤剂量的中子辐照，因此，堆内结构材料最主要的失效形式之一就是高温高剂量辐照损伤及由此引发的综合性能的下降。辐照损伤不仅影响堆内结构材料使用寿命，还直接关系到以及反应堆的安全问题，这也是反应堆结构材料研发中必须考虑和研究的问题。

堆芯结构材料除需具备好的抗辐照性能、耐腐蚀、耐热性以及经济性外，还必需具备优异的力学性能，尤其是能够经受强中子流辐照后仍保持强度、韧性等力学性能不降低的能力。辐照条件下的高温力学性能优劣影响着核电站的安全性、可靠性和经济性，但是由于堆内条件极端复杂，如何测量及评价堆芯结构材料在其辐照条件下的力学性能的测量及评价一直是反应堆结构材料研发中的难点，尤其是缺少辐照过程中力学性能变化过程的数据。

堆内结构材料主要经受高剂量载能中子和嬗变带电粒子等的辐照。中子和重离子都是通过碰撞产生材料原子位移，因此在开发需要能够承受上百dpa辐照而不失效的反应堆材料的过程中，加速器重离子辐照模拟是一种重要有效的方法。由于加速器重离子辐照的辐照温度、剂量率等参数控制比较方便，更有利于改变参数来研究辐照损伤的机理，可以通过加速器重离子辐照进行材料力学性能原位监测。

目前在辐照过程中在线监测力学性能变化的手段还很有限，只有堆内辐照测量、加速器和透射电镜联用、加速器辐照在线蠕变测量等有限手段。堆内辐照条件下的测量受限于反应堆运行计划以及中子辐照导致的强放射性等因素，给实验的设计与数据的测量带来很大的难度。加速器和透射电镜联用系统由于受电镜视野限制，只能进行微观损伤机制研究，无法对辐照过程中材料宏观力学性能的变化进行监测。加速器辐照在线蠕变测量只能测量材料的宏观蠕变性能，无法得到辐照过程中材料的微观结构及变化信息。内耗测量技术可以测量材料在动态应力作用下的动态应变获得弹性模量和阻尼值，并利用改变频率、振幅、温度、时效时间等参数，获得材料中微观结构变化过程的特征内耗谱，由于内耗谱对固体微结构和缺陷(如点缺陷、位错等)以及它们之间的交互作用具有高度敏感性，除了可以直观测量材料的力学性能变化外，还可以利用内耗峰研究辐照缺陷的种类、浓度以及动力学扩散过程，以及获得辐照条件等对材料辐照脆化、缺陷演化等方面的信息。但目前并未有将内耗技术用于加速器重离子辐照过程中进行力学性能在线位监测。

发明内容

本发明的目的是提供一种装置，用于对辐照过程中的材料的力学性能及微观缺陷状态进行原位在线测量，并且可以直观实时测量材料的力学性能变化，还可以利用内耗峰研究辐照缺陷的种类、浓度以及动力学扩散过程，以及获得辐照条件等对材料辐照脆化、缺陷演化等方面的信息。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种辐照在线内耗原位测量装置，其中，包括设有重离子束流管道的密封的真空腔室，所述真空腔室内部用于设置辐照样品并能够对所述辐照样品进行加热，加速后的重离子束能够通过所述重离子束流管道照射到所述辐照样品内部，还包括用于测量所述辐照样品的位移变化的位移探测器。

进一步，所述真空腔室设有真空泵抽气接口，所述真空泵抽气接口用于连接真空抽气系统对所述真空腔室进行抽真空操作。