近日，中國科學院近代物理研究所在MAX相材料中氦離子（He）與重離子共同輻照損傷效應研究中獲進展，揭示了材料中氦行為與輻照損傷的關系。

MAX相材料性能優異，兼具陶瓷和金屬的優點，有望應用于環境極端惡劣的先進核能系統。在反應堆中，強中子輻照引起材料的移位損傷和嬗變氦元素的摻雜/累積會導致材料性能嚴重退化，威脅反應堆的安全運行。Ti3AlC2材料作為MAX相材料中的典型材料之一，因具有優異的耐輻照性和高的抗氦損傷能力而成為研究熱點。

依托近代物理所320kV高電荷態離子綜合研究平臺和蘭州重離子加速器（HIRFL），科研人員通過氦離子與鐵（Fe）離子順序和逆序輻照實驗，模擬了堆內Ti3AlC2材料中氦的摻雜/累積和粒子輻照損傷。在逆序（Fe+He）輻照實驗中，兩者在材料中產生的輻照效應相對比較獨立，兩者相互影響弱。而在順序（He+Fe）輻照實驗中，預注入的氦離子對后續鐵離子輻照引起的相變有明顯的抑制作用。研究發現，當先期注入的氦離子在材料中形成氦氣泡后，隨后的鐵離子輻照則驅動了氦氣泡的進一步演化，既可以促進氦氣泡的生長，又可以使氦氣泡重新溶解到材料基體中（可提高材料的抗氦氣泡損傷能力）。

氦離子注入和鐵離子輻照實際上互相抑制了對方對材料的輻照損傷，這種效應在材料抗輻照損傷方面將發揮積極作用。同時，該研究為闡釋Ti3AlC2材料抗輻照損傷機理提供了新見解。

相關研究成果發表在Journal of the European Ceramic Society上。研究工作得到了國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、中科院“西部之光”人才培養計劃和先進能源科學與技術廣東省實驗室的支持。

圖1.不同輻照條件下Ti3AlC2材料中的相成分含量

圖2.鐵離子輻照驅動氦氣泡演化機制示意圖：（a）氦氣泡的生長過程；（b）氦氣泡的再溶解過程。