載能粒子與材料相互作用，通過能量傳遞導致材料中的原子可能發生離位，形成空位及間隙子，這些點缺陷在演化過程中，或者相互反應發生湮滅，或者擴散反應成核長大，形成空位或者間隙型位錯環。在目前常用的反應堆鐵基結構材料中，這些位錯環一般以伯格斯矢量1/2<111>或<100>結構存在，誘發輻照硬化、脆化、腫脹及疲勞等輻照損傷，導致材料服役性能降低，影響反應堆安全服役壽命。因此，為了確保反應堆的安全服役以及延壽評估，需要理解材料中的位錯環的各種性質。對于1/2<111>位錯環，研究人員已經了解了其形成擴散及與其他缺陷相互反應過程，而對于<100>位錯環，由于其較高的遷移勢壘，導致對其動力學過程研究比較困難，傳統觀點認為其主要表現為固定缺陷性質，但是最近的研究表明，這些缺陷可以表現出運動性能，所以理解其動力學擴散機制，是理解<100>位錯環性質的關鍵一步。
為了解決上述困難，本研究采用加速分子動力學、輻照與原位透射電鏡(TEM)分析表征及TEM圖像模擬相互結合的研究方法，對<100>位錯環開展系統研究。研究表明，<100>位錯環可以通過旋轉慣性面的方式進行運動，不同于1/2<111>位錯環的擴散，<100>位錯環旋轉慣性面旋轉軸具有兩個維度，可以通過兩條路徑實現擴散，但是具有較高的遷移勢壘，計算模擬與原位實驗均證實了上述新機制的存在，研究結果為輻照損傷研究提供新的科學參考，為其他尺度的研究提供了新的數據。
山東大學高寧教授團隊依托山東大學粒子物理與粒子輻照教育部重點實驗室，長期從事材料性質的計算模擬與實驗驗證研究，相關研究成果發表在Nature Materials, Acta Materialia, Journal of Nuclear Materials等期刊。上述研究得到了國家磁約束專項項目(2018YFE0308101)、國家基金委面上基金(12075141，11675230)及重大儀器研制項目(11427904)的資助。
