MAX相材料性能優(yōu)異，兼具陶瓷和金屬的優(yōu)點(diǎn)，有望應(yīng)用于環(huán)境極端惡劣的先進(jìn)核能系統(tǒng)。在反應(yīng)堆中，強(qiáng)中子輻照引起材料的移位損傷和嬗變氦元素的摻雜/累積會(huì)導(dǎo)致材料性能嚴(yán)重退化，威脅反應(yīng)堆的安全運(yùn)行。Ti3AlC2材料作為MAX相材料中的典型材料之一，因具有優(yōu)異的耐輻照性和高的抗氦損傷能力而成為研究熱點(diǎn)。

依托近代物理所320kV高電荷態(tài)離子綜合研究平臺(tái)和蘭州重離子加速器(HIRFL)，科研人員通過氦離子與鐵(Fe)離子順序和逆序輻照實(shí)驗(yàn)，模擬了堆內(nèi)Ti3AlC2材料中氦的摻雜/累積和粒子輻照損傷。在逆序(Fe+He)輻照實(shí)驗(yàn)中，兩者在材料中產(chǎn)生的輻照效應(yīng)相對(duì)比較獨(dú)立，兩者相互影響弱。而在順序(He+Fe)輻照實(shí)驗(yàn)中，預(yù)注入的氦離子對(duì)后續(xù)鐵離子輻照引起的相變有明顯的抑制作用。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)先期注入的氦離子在材料中形成氦氣泡后，隨后的鐵離子輻照則驅(qū)動(dòng)了氦氣泡的進(jìn)一步演化，既可以促進(jìn)氦氣泡的生長，又可以使氦氣泡重新溶解到材料基體中(可提高材料的抗氦氣泡損傷能力)。

氦離子注入和鐵離子輻照實(shí)際上互相抑制了對(duì)方對(duì)材料的輻照損傷，這種效應(yīng)在材料抗輻照損傷方面將發(fā)揮積極作用。同時(shí)，該研究為闡釋Ti3AlC2材料抗輻照損傷機(jī)理提供了新見解。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of the European Ceramic Society上。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、中科院“西部之光”人才培養(yǎng)計(jì)劃和先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室的支持。

圖1.不同輻照條件下Ti3AlC2材料中的相成分含量(龐立龍/圖)

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