韓國原子能研究院(以下簡稱“韓原研”)于19日宣布，將于今年3月在韓國境內首次啟動鐵(Fe)離子束輻照服務，旨在支持核能和核聚變材料的相關研究。

核反應堆和核聚變反應堆在運行過程中會發(fā)射高能中子，這些中子會對核燃料包殼、結構材料等關鍵部件造成不同程度的損傷。因此，對材料損傷程度的研究顯得尤為重要。然而，利用研究反應堆或中子發(fā)生器進行直接中子輻照試驗不僅耗時長，而且成本高昂。為了克服這些局限性，國內外科學家們正在積極探索利用離子的物理性質來模擬中子輻照效應的研究方法。

離子是原子失去或獲得電子后形成的帶電粒子。通過高溫蒸發(fā)原子并使用電場加速，可以獲得高速運動的離子束。當這些離子束照射到材料上時，可以產生類似于中子輻照損傷的效果，從而為材料損傷研究提供了一種快速、經濟的方法。

考慮到重離子在輻照過程中能夠更快地造成更大的破壞，韓原研于2019年建造了重離子輻照設施(KAHIF)。自2022年起，該設施已開始提供氬(Ar)、氦(He)等重離子束輻照服務。而此次推出的鐵離子束輻照服務，則是針對廣泛應用于核電站、下一代核反應堆、核聚變反應堆以及工業(yè)領域的鋼鐵材料的一種快速、準確的損傷評估方法。

鐵離子束輻照能夠消除與其他離子束照射時可能發(fā)生的不必要的物理和化學反應，從而實現對輻照損傷效果的純粹評估。這一優(yōu)勢使得鐵離子束在核能和核聚變領域的需求持續(xù)增長。然而，由于鐵難以變?yōu)闅怏w，離子難以提取，使得鐵離子束技術的實施面臨諸多挑戰(zhàn)。

為了滿足這一需求，韓原研的研究團隊成功建造了能夠電離和加速金屬元素的金屬離子源裝置，并在韓國首次實現了鐵離子束的加速和照射。他們利用雙極電磁鐵成功提取并研究了每秒1000億個鐵離子(Fe13+)，并利用這些離子束對材料進行了輻照試驗。

試驗結果顯示，加速鐵離子的能量和材料受到的損傷程度均符合預期，且能夠在一天內測試出輕水反應堆全循環(huán)運轉時產生的損傷水平3dpa(每個原子的位移：輻射損傷單位)。這一水平在國內其他中子輻照設施中處于領先地位。

據韓原研介紹，鐵離子束輻照服務的申請將于3月份開始在韓原研網站上開放。此外，他們還計劃基于已獲得的鐵離子束輻照技術，建立中子輻照和離子束輻照的比較數據庫(DB)，這將有助于開發(fā)核電站運行以及小型模塊化反應堆(SMR)、熔鹽反應堆(MSR)和固態(tài)燃料反應堆(SFR)等下一代反應堆和核聚變反應堆的關鍵材料。

核物理應用研究部主任李東源表示：“這項研究將成為過去完全依賴海外設施的國內研究人員的福音。”他還透露，韓原研將繼續(xù)努力，從鐵離子擴展到鎳等其他高難度離子源，并確保高溫測試環(huán)境，從而提供世界一流的離子束輻照服務。