北大王晨旭研究院丨先进核能材料MAX相的辐照损伤效应重要进展

先进核能系统中，材料的抗辐照性能是影响其运行安全的重要因素之一。2011年，日本福岛核事故后，研发事故容错核燃料（ATF）成为国际核能领域的焦点。纳米层状金属陶瓷-MAX相材料具有独特的微观结构以及优异的宏观特性。因此，近十年来，该类材料也被列入了新一代反应堆的候选结构材料，尤其是ATF的包壳材料，其辐照损伤效应也得到了广泛的研究。

王晨旭研究员多年来一直从事离子辐照条件下MAX相材料的结构及性质研究，并基于高分辨透射电镜和原子形貌探针等观测方法，在原子尺度上揭示了这类材料在辐照条件下的微观结构演化机制，推翻了此前国际上流行的辐照引起材料相分解的假说（Nature Communications 10, 1 (2019)）。

此外，王晨旭研究员通过第一性原理计算与实验结果相结合，解释了不同MAX相材料表现出抗辐照损伤差异性的原因，系统阐述了辐照造成部分MAX相材料非晶化的机理（Acta Mater. 98, 197 (2015)，Acta Mater. 128, 1 (2017)，Acta Mater. 144, 432 (2018)，J. Am. Ceram. Soc. 99, 1769 (2016)等）。

基于此前的工作基础，最近，王晨旭研究员收到Applied Physics Reviews期刊邀请，以“Radiation Effects in MAX phases”为题，发表综述文章。文章对十余年来国际上发表的关于各类MAX相材料在不同辐照条件下的微观结构演化过程及机制、温度效应对材料中缺陷产生及迁移的影响、各类结构因子对抗辐照损伤效应的作用、多种宏观性质的变化等方面做了系统的总结，并对未来MAX相及相关材料的辐照损伤效应研究提出了全面且详细的建议。该文已于12月7日发表（Appl. Phys. Rev. 7, 041311 (2020)），并被评为该期刊的特色文章（Featured Article）。

图1. 典型MAX相材料Ti3AlC2在辐照条件下的相变过程

北京大学物理学院重离子物理研究所王晨旭研究员为文章的第一作者、通讯作者，美国斯坦福大学Rodney Ewing教授为文章的共同通讯作者，合作者包括哈佛大学Cameron Tracy博士。该研究得到了中科院宁波材料所黄庆研究员团队和中科院沈阳金属所王京阳研究员团队在的大力支持，并获得科技部“ITER专项团队项目”和国家自然科学基金委面上项目及北京大学核物理与核技术国家重点实验室开放课题的资助。

文章链接：

https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0019284

文章来源：北京大学物理学院

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北大王晨旭研究院丨先进核能材料MAX相的辐照损伤效应重要进展

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