湖南大学/美国密歇根大学Phys. Rev. Lett:原子尺度揭秘辐照损伤护航先进核能

背景：先进核裂变与核聚变反应堆材料在服役过程中，需要承受高辐照剂量和高温极端环境，这会在材料内部产生大量微观缺陷，严重影响材料的力学性能和使用寿命。长期以来，科学界尚不清楚在相同辐照条件下，为什么有些合金更容易形成空洞，而有些则更倾向形成堆垛层错四面体。研究目的：本研究致力于揭示元素如何精确影响空位团簇演化的内在机制。结论：研究团队结合基于缺陷演化速率的长时间动力学模拟、分子动力学以及离子辐照实验，揭示了一种由团簇介导、元素相互作用主导的两步式原子开关机制，即“空位四面体的形成与湮灭”，它控制了空位团簇是演化为空洞还是形成堆垛层错四面体。其中，Ni和Co促进湮灭，推动空洞形成；Cr、Fe、Mn等较大原子抑制湮灭，促使堆垛层错四面体稳定形成。该机制在NiCoCr和Fe₅₀Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀等合金中得到验证，为通过成分设计调控材料抗辐照性能提供了新范式。