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第1章　绪论1

1.1　材料辐照效应的发展历史和概况1

1.2 粒子辐照在固体中形成辐照缺陷的基本过程及其作用2

1.3　辐照效应研究的领域和任务5

参考文献6

第2章　经典散射理论7

2.1　二体碰撞7

2.1.1 质心系9

2.1.2　基本方程、能量传递公式10

2.1.3　正碰撞的性质14

2.2　原子间作用势15

2.2.1 原子间相互作用势的一般描述（Bohr势、Born-Mayer势）15

2.2.2　Thomas-Fermi势17

2.2.3　Hartree自洽势21

2.2.4　镶嵌原子势26

2.2.5　等效刚球势28

2.3　碰撞截面30

2.3.1　微分截面和能量传递微分截面30

2.3.2　库仑势的微分截面33

2.3.3　刚球散射的能量传递微分截面35

2.3.4　碰撞的冲量近似法36

2.3.5　Thomas-Fermi势约化微分截面42

参考文献45

第3章　运动粒子的慢化和射程46

3.1　运动粒子在固体内的慢化47

3.1.1　核阻止本领和阻止截面49

3.1.2　电子阻止本领51

3.2　入射粒子在固体内的射程57

3.2.1　入射粒子在固体内的射程57

3.2.2　射程矢量和基本方程65

3.2.3　平均投影射程和射程歧离71

3.3　射程、射程投影的标准偏差74

3.3.1　标准偏差74

3.3.2　粒子沿深度的浓度分布77

参考文献80

第4章　辐照缺陷的产生过程81

4.1　基本概念81

4.1.1　离位原子和初级离位原子81

4.1.2　离位阈能和离位概率83

4.2　初级离位原子在级联中产生的离位原子数89

4.2.1　Kinchin-Pease模型90

4.2.2　Snyder的修正模型93

4.2.3　出射概率模型94

4.2.4　改进性模型98

4.2.5　能量配分理论——Lindhard计算模型102

4.2.6　Sigmund离位处理104

4.3　相关碰撞列106

4.3.1　聚焦碰撞和辅助聚焦106

4.3.2　聚焦换位碰撞——原子的长程传输112

4.3.3　碰撞列和贫原子区的空位份额116

4.3.4　沟道效应118

4.3.5　聚焦和沟道对离位原子数的影响122

4.4　辐照损伤峰124

4.4.1　离位峰125

4.4.2　热峰127

4.4.3　裂变峰130

4.5　MD计算机模拟132

4.5.1　级联碰撞与子级联135

4.5.2 离位峰-MD计算机模拟137

4.6　离位峰中的原子混合145

4.7　离位峰中的相变147

参考文献151

第5章　辐照损伤计算154

5.1　损伤速率和损伤剂量154

5.1.1　初级离位原子（PKA）的能量分布函数154

5.1.2　离位原子密度和损伤剂量（DPA）156

5.2 中性粒子的辐照损伤157

5.2.1　中子散射微分截面158

5.2.2　初级离位原子的能量分布160

5.2.3　中子辐照下的离位原子浓度和损伤分布163

5.2.4　损伤函数166

5.2.5　γ射线引起的辐照损伤168

5.3　带电粒子的辐照损伤170

5.3.1　带电粒子产生的PKA的能量分布和损伤171

5.3.2　重离子辐照损伤的分布173

5.3.3　电子辐照损伤177

5.3.4　裂变碎片辐照损伤181

5.4　表面损伤187

5.4.1　溅射机制和模型187

5.4.2　溅射产额和择优溅射188

5.4.3　Sigmund溅射理论192

参考文献194

第6章　辐照缺陷的退火、聚集和肿胀196

6.1　高温离位级联缺陷的存活和逸出197

6.2 缺陷的相互作用导致辐照诱发的显微组织变化204

6.3　缺陷的复合、扩散210

6.3.1　空位和间隙原子的复合率211

6.3.2　点缺陷之间以及与其他缺陷的反应213

6.3.3　原子和原子尺寸的缺陷的反应214

6.3.4　运动的点缺陷与位错的反应215

6.3.5　扩散-限制的反应217

6.4　缺陷的动力学过程、速率方程组229

6.5　空位团、间隙原子团的形核和生长过程234

6.5.1　空位团、间隙原子团的形核235

6.5.2　空洞（或气泡）和间隙原子位错环的长大方程式238

6.6　气泡（或气孔）的重溶242

6.7　气泡（或气孔）的迁移和聚合252

6.7.1　表面扩散引起的气泡迁移253

6.7.2　气泡迁移率的一般处理257

6.7.3　体扩散引起的气泡迁移259

6.7.4　应力梯度下的气泡迁移263

6.7.5　气泡聚合的速率常数266

6.7.6　聚合造成的气泡长大269

6.8　位错和晶界对气泡（或气孔）的钉扎279

参考文献283

第7章　金属核燃料和氧化物燃料的辐照行为287

7.1　金属核燃料的辐照行为288

7.1.1　金属铀的辐照行为288

7.1.2　尺寸不稳定性290

7.1.3　辐照下铀的长大机制292

7.1.4　铀的肿胀293

7.1.5　辐照对铀的组织及力学性能的影响295

7.1.6　铀合金297

7.1.7　钍、钍铀和钍钚合金303

7.1.8　钚和钚合金305

7.2　氧化物燃料的辐照密实、肿胀和裂变气体释放314

7.2.1　气孔和气泡的物理特性、辐照密实317

7.2.2　气泡和气孔的分布函数、辐照肿胀322

7.2.3　气孔链和通道的分布函数328

7.2.4　稳态运行的裂变气体释放率330

7.2.5　裂变气体瞬时释放334

7.3　气孔迁移和重构动力学336

7.3.1 由蒸气输运机制引起的气孔迁移340

7.3.2　气孔率重布动力学346

7.3.3　柱状晶粒长大350

7.3.4　等轴晶粒长大354

7.4　氧的重布361

7.4.1　Markin-Rand-Roberts模型362

7.4.2　Aitken模型367

7.4.3　Bober Schumacher模型368

7.5 锕系元素的重布（MOX燃料运行中U、Pu的重新分布）369

7.5.1　锕系元素的热扩散370

7.5.2　锕系元素的蒸气输运372

7.6　裂变产物的迁移375

7.7　芯块与包壳间的相互作用（PCI效应）380

7.7.1　芯体-Zr合金包壳相互作用381

7.7.2　芯体-不锈钢包壳相互作用386

参考文献393

第8章　辐照硬化、脆化和断裂397

8.1　钢的微观组织在中子辐照下的演变400

8.1.1　黑斑结构401

8.1.2　位错环402

8.1.3　层错四面体403

8.1.4 空洞404

8.1.5　碳化物沉淀物405

8.1.6　氦气泡406

8.2　力学性质试验407

8.2.1　拉伸试验407

8.2.2　管子爆破试验——双向应力状态410

8.2.3　冲击试验和转变温度414

8.3　辐照硬化理论416

8.3.1　源硬化417

8.3.2　摩擦硬化418

8.4　贫原子区引起的硬化421

8.4.1　位错与贫原子区的作用421

8.4.2　辐照硬化的饱和426

8.4.3　Makin理论426

8.4.4　贫原子区的热退火427

8.5　非穿透性障碍物——沉淀物和空洞硬化430

8.6　位错环硬化432

8.7　辐照后奥氏体不锈钢的拉伸性能435

8.7.1　辐照硬化435

8.7.2　低剂量区的辐照硬化435

8.7.3　高剂量区的辐照硬化436

8.7.4　塑性失稳437

8.7.5　位错沟道437

8.8　蠕变断裂438

8.8.1　高温断裂机制441

8.8.2　楔形裂纹的形成和作用443

8.8.3　晶界空洞引起的断裂机制447

8.9　氦脆化450

8.9.1　氦脆的机制450

8.9.2　氦的生成速率451

8.9.3　氦脆的理论表达——晶界上氦泡的应力诱导长大453

8.10　奥氏体不锈钢辐照脆化和铁素体钢断裂韧性455

8.11　铁素体钢的辐照硬化和脆化458

8.11.1　铁素体钢辐照下力学性能表现特征458

8.11.2　脆性断裂——Cottrell-Petch理论460

参考文献464

第9章　辐照生长、蠕变和疲劳466

9.1　辐照生长466

9.2　蠕变468

9.2.1　辐照蠕变470

9.2.2　瞬态蠕变471

9.2.3 由空位盘塌陷引起的稳态辐照蠕变479

9.2.4 由间隙原子环的应力定向成核的稳态蠕变484

9.2.5　攀移控制的位错滑移的蠕变机制487

9.2.6　辐照蠕变和肿胀的关系494

9.3　辐照疲劳和辐照蠕变的相互作用498

参考文献505

第10章　辐照模拟技术508

10.1　各类辐照模拟技术512

10.1.1　14MeV中子源——旋转靶的中子源（简称RTNS-Ⅱ中子源）512

10.1.2 FFTF和 EBR-Ⅱ等快中子辐照装置512

10.1.3 HFIR裂变中子的辐照模式513

10.1.4 高能质子（600MeV）辐照513

10.1.5　双束离子（氦束和重离子束）辐照516

10.1.6　高能电子辐照516

10.2　聚变堆结构材料的辐照效应518

10.2.1　奥氏体钢521

10.2.2　铁素体／马氏体钢526

10.2.3　钒基合金535

10.3　级联碰撞与氢、氦的协同作用538

参考文献549