Page 23 - 《爆炸与冲击》2026年第10期

第 46 卷 叶想平，等： 辐照-预应力和冲击耦合作用下金属硬化和脆化规律与微观机理实验研究进展 第 10 期

1.3 辐照剂量率效应
辐照实验研究过程中，为加快研究进度，通常采用高通量辐照粒子源（高通量研究堆、散裂中子源、
粒子加速器等）开展加速辐照实验，加速辐照实验的优势在于其能够在短时间内使材料达到较高的辐照
剂量，从而研究材料在极端辐照剂量条件下的性能退化规律与机理 [45,99-103] 。然而，不同反应堆、不同离
子加速器和不同散裂中子源等的粒子通量和能谱均存在显著差异，导致辐照过程中材料损伤速率（剂量
−10
−7
率或注量率）也存在差异，通常商业反应堆内的辐照剂量率在 10 ～10 dpa/s 之间 [100,102] ，高通量反应堆
−3
−8
−6
和散裂中子源的辐照剂量率在 10 ～10 dpa/s 之间 [101-102] ，重离子加速器的辐照剂量率在 10 ～10 dpa/s
−9
之间 [99,102] 。且辐照剂量率也会影响材料内部损伤结构特征，例如相同辐照剂量条件下，剂量率越高通常
产生的位错环和析出相数密度越高，平均尺寸越小等 [104-105] ，如图 7 [104] 所示。

a
1.92×10 −6 dpa/s

50 nm
0.013 dpa (115 min) 0.020 dpa (175 min) 0.029 dpa (255 min) 0.035 dpa (305 min)
b

1.92×10 −5 dpa/s

50 nm
0.013 dpa (11.5 min) 0.020 dpa (17.5 min) 0.029 dpa (25.5 min) 0.035 dpa (30.5 min)
c

1.44×10 −4 dpa/s

50 nm 0.013 dpa (92 s) 0.020 dpa (140 s) 0.029 dpa (204 s) 0.035 dpa (244 s)

+
图 7 不同剂量率 He 辐照钨中位错环的尺寸与数密度 TEM 图 [104]
+
Fig. 7 TEM diagrams of the size and density of dislocation loop in He irradiated tungsten at different dose rates [104]
尽管辐照剂量率会改变材料内部缺陷尺寸和数密度，但是剂量率辐照对金属屈服强度等的影响并
未表现出统一的趋势 [106-108] 。现有研究结果表明，在中子辐照注量率不高于 1×10 n/(cm ·s)（能量高于
12
2
1 MeV）时，注量率对低铜反应堆压力容器钢的辐照硬化和脆化无显著影响；而当注量率高于 1×10 n/(cm ·s)
2
12
时，注量率对其辐照硬化和脆化的影响效应无统一结论 [106,108] 。与此同时，高铜 RPV 钢中富铜团簇的生成
与演化是其重要的辐照硬化和脆化机制，现有研究表明富铜团簇硬化达到饱和后无中子注量率效应 [109-110] ；
而在饱和剂量前，中子注量率越高，富铜团簇引起的硬化效应越弱，其硬化效应达到饱和所需的总注量
也越高，如图 8 [111] 所示。
以上研究结果表明，辐照剂量率也能够复杂地影响金属的硬化效应，但由于实验研究难度大，不同
剂量率辐照对金属硬化和脆化性能影响规律与机理的实验研究还很少 [106-108,111] 。不同剂量率辐照条件下

101101-7