[發(fā)明專利]一種采用離子束輻照測(cè)量核石墨在輻照環(huán)境下的尺寸變化行為的方法

有效

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• 申請(qǐng)日: 2019-03-15
• 公開（公告）號(hào): CN109916926B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀周同;周興泰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所
• 主分類號(hào): G01N23/00
• 分類號(hào): G01N23/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪;余永莉

本發(fā)明提供一種采用離子束輻照測(cè)量核石墨在輻照環(huán)境下的尺寸變化行為的方法，包括以下步驟：1)利于離子束輻照一定尺寸的核石墨樣品，使受輻照的核石墨樣品發(fā)生形狀變化；2)測(cè)量該形狀變化，利用核石墨樣品的性能特征，通過數(shù)學(xué)方法計(jì)算出核石墨樣品在輻照環(huán)境下的尺寸變化；以及3)通過控制離子束輻照劑量的變化，并重復(fù)以上過程，獲得所述核石墨樣品在輻照環(huán)境下的尺寸變化行為曲線。根據(jù)本發(fā)明提供的方法較在材料測(cè)試堆中進(jìn)行測(cè)試的方法具有成本低、周期短的優(yōu)點(diǎn)，可用于核石墨研發(fā)過程中對(duì)生產(chǎn)原料及工藝進(jìn)行優(yōu)化，也可以作為核石墨質(zhì)量控制手段，還可以用于在役反應(yīng)堆石墨堆芯取樣樣品分析手段，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料測(cè)試領(lǐng)域，更具體地涉及一種采用離子束輻照測(cè)量核石墨在輻照環(huán)境下的尺寸變化行為的方法。

背景技術(shù)

核石墨是一種重要的核能材料，由于優(yōu)異的中子慢化性能在多種反應(yīng)堆中被用來作為慢化體材料及散射體材料，其成本占反應(yīng)堆建設(shè)成本一大部分。核石墨在反應(yīng)堆中服役過程中會(huì)受到反應(yīng)堆中快中子的輻照而發(fā)生尺寸變化，該尺寸變化行為與反應(yīng)堆的安全、壽命直接相關(guān)。因此測(cè)量核石墨在輻照環(huán)境下的尺寸變化行為是核石墨發(fā)展的重要內(nèi)容。目前的測(cè)試方法是將核石墨樣品放置于材料測(cè)試堆中進(jìn)行快中子輻照，通過測(cè)量核石墨受輻照前后的尺寸變化來獲得核石墨在輻照環(huán)境下的輻照尺寸變化行為。但該方法受材料測(cè)試堆的限制，目前世界上材料測(cè)試堆特別是有能力展開核石墨檢測(cè)的材料測(cè)試堆非常有限；同時(shí)在材料測(cè)試堆中展開測(cè)試周期非常長(zhǎng)，費(fèi)用也特別高昂，限制了石墨廠家發(fā)展更優(yōu)異的核石墨。同時(shí)，核石墨的生長(zhǎng)周期特別長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，不同批次間的產(chǎn)品一般存在差異，但由于在材料測(cè)試堆中展開測(cè)試的復(fù)雜性，核石墨的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)至今還沒有有效的方法對(duì)其輻照尺寸變化行為進(jìn)行檢測(cè)。

綜上可知，亟需一種簡(jiǎn)單、有效的方法對(duì)核石墨的輻照尺寸變化行為進(jìn)行檢測(cè)的方法，促進(jìn)新型核石墨的發(fā)展；同時(shí)對(duì)將入堆的核石墨進(jìn)行質(zhì)量控制，提高石墨堆的壽命以及安全性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種采用離子束輻照測(cè)量核石墨在輻照環(huán)境下的尺寸變化行為的方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中在材料測(cè)試堆中對(duì)核石墨進(jìn)行輻照尺寸變化行為測(cè)量方法成本高、周期長(zhǎng)并且需要熱室等配套設(shè)置的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

提供一種采用離子束輻照測(cè)量核石墨在輻照環(huán)境下的尺寸變化行為的方法，所述方法包括以下步驟：1)利于離子束輻照一定尺寸的核石墨樣品，使受輻照的核石墨樣品發(fā)生形狀變化；2)測(cè)量該形狀變化，利用所述核石墨樣品的性能特征，通過數(shù)學(xué)方法計(jì)算出所述核石墨樣品在輻照環(huán)境下的尺寸變化；以及3)通過控制離子束輻照劑量的變化，并重復(fù)以上過程，獲得所述核石墨樣品在輻照環(huán)境下的尺寸變化行為曲線。

所述方法還包括步驟4)：通過控制輻照過程中核石墨樣品溫度的變化，獲得不同溫度下所述核石墨樣品在輻照環(huán)境下的尺寸變化行為曲線。

該輻照環(huán)境包括室溫和高溫，溫度可高達(dá)1600℃，甚至更高。

優(yōu)選地，所述離子束包括各種價(jià)態(tài)的He離子以及重離子，能量大于0.5MeV。

所述核石墨樣品由瀝青及其衍生物、焦碳、樹脂中的一種或多種制成。包括常規(guī)核石墨以及燃料包翹石墨材料。

所述核石墨樣品的某一個(gè)維度的尺寸為1μm-1000μm。

所述核石墨樣品為薄片狀，其厚度尺寸遠(yuǎn)小于另外兩個(gè)維度上的尺寸。

所述形狀變化包括樣品受離子束輻照之后發(fā)生的翹曲、扭轉(zhuǎn)、局部突出或某維度尺寸的變化。

優(yōu)選地，輻照后核石墨樣品的形狀變化為翹曲。

所述形狀變化通過三坐標(biāo)儀、輪廓儀以及各類顯微技術(shù)等進(jìn)行測(cè)量。

所述性能特征包括核石墨樣品的模量。