韓國(guó)原子能研究院19日宣布，將于3月在韓國(guó)境內(nèi)首次啟動(dòng)鐵(Fe)離子束輻照服務(wù)，用于核能和核聚變材料研究。

核反應(yīng)堆和核聚變反應(yīng)堆發(fā)射的高能中子會(huì)對(duì)核燃料包殼、結(jié)構(gòu)材料等關(guān)鍵部件造成損傷，因此相關(guān)研究至關(guān)重要。需要進(jìn)行研究來(lái)評(píng)估材料損壞的程度，但使用研究反應(yīng)堆或中子發(fā)生器進(jìn)行直接中子輻照試驗(yàn)需要大量時(shí)間和成本。為了彌補(bǔ)這些局限性，國(guó)外正在積極開(kāi)展研究，探索物理性質(zhì)與中子的離子。

離子是原子失去或獲得電子的帶電粒子。它們是通過(guò)在高溫下蒸發(fā)原子然后使用電場(chǎng)產(chǎn)生的。使用加速離子輻照材料可以產(chǎn)生類(lèi)似于中子輻照損傷的結(jié)果。

考慮到重離子可以更快地造成更大的破壞，韓國(guó)原子能研究院于 2019 年建造了重離子輻照設(shè)施(KAHIF)。自2022年起開(kāi)始提供氬(Ar)、氦(He)等重離子束輻照服務(wù)。

特別是鐵離子束輻照是一種快速、準(zhǔn)確評(píng)估廣泛用于運(yùn)行核電站、下一代核反應(yīng)堆、核聚變反應(yīng)堆和應(yīng)用工業(yè)的鋼鐵材料損傷的有效方法。當(dāng)同樣的鐵離子束照射鋼鐵材料時(shí)，可以消除與其他離子束照射時(shí)發(fā)生的不必要的物理和化學(xué)反應(yīng)，從而可以對(duì)輻照損傷效果進(jìn)行純粹的評(píng)估。由于這些優(yōu)點(diǎn)，核能和核聚變領(lǐng)域?qū)﹁F離子束的需求一直在穩(wěn)步增長(zhǎng)，但鐵難以變?yōu)闅怏w，離子難以提取，使技術(shù)實(shí)施變得困難。

為了滿(mǎn)足這些需求，研究團(tuán)隊(duì)建造了可以電離和加速金屬元素的金屬離子源裝置，并在韓國(guó)首次獲得了鐵離子束加速和照射技術(shù)。

將固體鐵化合物電離成氣態(tài)后，我們利用雙極電磁鐵成功地提取并研究了每秒 1000 億個(gè)鐵離子 (Fe13+)，該電磁鐵可以利用電磁場(chǎng)僅選擇所需的離子。

此外，還確認(rèn)了加速鐵離子的能量和材料受到的損傷程度，證實(shí)可以在一天內(nèi)測(cè)試輕水反應(yīng)堆全循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的損傷水平3dpa(每個(gè)原子的位移：輻射損傷單位)。這是國(guó)內(nèi)其他中子輻照設(shè)施中最高水平。

這項(xiàng)研究是從2022年開(kāi)始通過(guò)科學(xué)和信息通信技術(shù)部“核聚變領(lǐng)先中心(R&D)”項(xiàng)目進(jìn)行的，旨在激活核能和核聚變材料的研究。鐵離子束輻照服務(wù)的申請(qǐng)將于3月份開(kāi)始在韓國(guó)原子能研究院網(wǎng)站上開(kāi)放。

我們計(jì)劃基于已獲得的鐵離子束輻照技術(shù)，建立中子輻照和離子束輻照的比較數(shù)據(jù)庫(kù)(DB)，這將有助于開(kāi)發(fā)核電站運(yùn)行以及SMR、MSR和SFR等下一代反應(yīng)堆和核聚變反應(yīng)堆的關(guān)鍵材料。

核物理應(yīng)用研究部主任李東源表示：“這項(xiàng)研究將成為過(guò)去完全依賴(lài)海外設(shè)施的國(guó)內(nèi)研究人員的福音。”他補(bǔ)充說(shuō)：“我們將努力從鐵離子擴(kuò)展到鎳等其他高難度離子源，并確保高溫測(cè)試環(huán)境，從而提供世界一流的離子束輻照服務(wù)。”

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