核融合反應器環境下Hi-Nicalon Type-S碳化矽複合材料之輻射效應研究

Radiation Effect on Hi-Nicalon Type-S SiC Composite for Fusion reactor environment

陳建宏(HASH(0x1baef100))

指導教授 ： 開執中 ； 陳福榮

國立清華大學/原子科學院/工程與系統科學系/碩士(2008年)

摘要

碳化矽/碳化矽複合材料是目前核能材料中最具潛力之一，其性質優異，如：低活性、高溫機械性質佳、輻射穩定性佳、抗腐蝕…等，而本論文的主要目的則是模擬核融合反應器高溫輻射環境，研究Hi-Nicalon Type-S(HNS)碳化矽纖維/碳化矽複合材所受之輻射效應。
由於先前尚偉學長實驗中，曾發現倘若矽離子分佈與三射束共同效應區重疊，會使得氦氣泡高溫成長不明顯，也許是矽離子形成間隙原子並與空缺再結合，降低整體的材料輻射損傷，無法提供足夠的過飽和空缺來形成氦氣泡。是故本論文討論的情況刻意將共同效應區與矽離子分佈區安排至不同深度。利用本校儀器組之加速器建立起『三射束照射系統』，在特定三射束離子能量下：5.4MeV-Si3+、 740keV-He+、270keV-H+，分別進行四組三射束照射實驗，其佈值條件為：1100℃/10dpa、1200℃/10dpa、1300℃/10dpa、1200℃/80dpa，其中氦、氫濃度對材料損傷比皆分別為150appm/dpa、60appm/dpa。在低計量10dpa照射實驗中，我們皆在基材中發現氦氣泡析出，其分佈型態偏向細小且數量多(大小約2~3nm，密度約2×1022 個/m3)，這是因為氫擴散速率遠高於氦原子，有效地分散成核點並抑止氦氣泡成長所致；而溫度的提高，使得氦、氫原子及空缺擴散速率提高更容易聚集，有助於氦氣泡析出並產生粗化效應，使氦氣泡變大但是數量減少。
由於在1200℃10dpa的實驗條件下可以觀測到較大的氦氣泡，所以特別在該溫度做高劑量的照射實驗。實驗結果亦顯示，在高劑量三射束效應下材料微結構易產生劇烈變化，尤其在1200℃效應更是重大威脅。相較先前尚偉學長之高劑量實驗，800℃/100dpa時氦氣泡雖密度高(1.82×1023個/m3)，析出氦氣泡卻小(近乎高溫低劑量10dpa的結果2~3nm)，且纖維區未見氦氣泡蹤跡。再回顧1000℃/100dpa的實驗中，基材纖維都出現氣泡，且基材區有兩種尺寸的分佈(3.61nm與9.4nm)，小者密度高(1.46×1023個/m3)而大者密度低(7.11×1021個/m3)，與本論文的1200℃/80dpa結果(氦氣泡出現兩種尺寸且粗化效應更趨顯著，密度下降至1022個/m3)互有異同之處。未來應以高溫氦氣泡遷移研究為主，以深入了解其中機制。

關鍵字

碳化矽複合材 ； 輻射 ； 核融合

並列摘要

無資料

並列關鍵字

HNS SIC ； RADIATION ； FUSION

參考文獻

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