核材料的辐照损伤问题是未来先进核能反应堆研发最大的挑战之一。钨是聚变堆面向等离子体材料的主要候选材料,面临着来自聚变堆等离子体中氢同位素和氦的辐照。低活化铁素体/马氏体钢是聚变堆和加速器驱动次临界系统等先进核能系统最有潜力的候选结构材料。除受到高能中子辐照外,还会通过嬗变被引入氢和氦原子。改性310S奥氏体不锈钢已经被选为我国自主设计的超临界水冷堆CSR1000的结构材料,然而,其在相关条件下的辐照行为尚不清晰,且310S钢存在比较严重的辐照肿胀问题。本论文对氢氦协同效应对钨中泡的影响,低活化铁素体/马氏体钢中氦的行为以及不同的改性方案310S不锈钢在辐照下的微观结构演化分别进行了研究。1.为探究钨中预辐照氢离子对氦泡形成的影响,以及后辐照氢离子下已经形成的氦泡的演化,对钨进行了氦离子和氢离子的单束和先后辐照。辐照温度为800℃。氢离子能量为10keV,氦离子能量为20keV。在氢离子辐照后,样品中观察到了已存在的氦泡的长大现象。这是由于氦泡可以作为氢原子的捕获阱。被捕获的氢原子在氦泡边缘聚集,可能形成氢分子并进入到氦泡内部,促进泡长大。同时发现,不论是预辐照还是后辐照氢离子,都会促进钨中氦泡的成核。氢离子的辐照引入了更多的空位,而比起氢原子,空位更倾向于捕获氦原子并形成氦泡。在后辐照氦离子的过程中,同样观察到了氢泡长大的现象。2.利用正电子湮没多普勒展宽和热解析谱对低活化铁素体/马氏体钢中氦的行为进行了系统的研究。在不同的辐照温度下,利用不同能量的氦离子对样品进行不同剂量的辐照。当辐照剂量达到一个阈值之后,氦泡的形成和长大速率显著增加了。这是由于在低剂量下,HenVm团簇浓度较低,限制了氦泡的形成。较高温度下的辐照会抑制结合能较低的HenVm团簇的形成与长大,同时促进氦泡和具有较高结合能的HenVm团簇的形成与长大。当辐照温度由250℃上升至450℃后,不同深度的S参数出现了不同的变化。相比100keV的氦离子辐照来说,18keV的氦离子辐照促进了HenVm团簇和氦泡的长大。这种促进作用来自于两个方面:18keV引入了更高浓度的空位和氦原子,同时氦原子与空位数量之比更高,有利于冲出位错环机制的发生。3.探究了过大尺寸原子对310S不锈钢在辐照下的微观结构演化的影响。在290℃和550℃下,对两种不同改性方案的310S钢进行了120keV的氩离子辐照。其中,SC-1添加了锆,而SC-2添加了铌、钽和钨。在290℃的辐照下,与SC-2相比,SC-1中观察到了数密度较低且尺寸较小的空洞。这是由于SC-1中点缺陷复合速率更快,而SC-2中空洞的形核速率更高。当辐照温度提高到550℃时,两种材料中的空洞尺寸和数密度出现了并不相同的变化,且出现了成分不一致的析出物。SC-1中观察到了富集镍的析出物,而SC-2中观察到了富集铌和钽的析出物。SC-1中空洞尺寸变大,数密度降低。这是由于锆在高温下更多地扮演了空洞成核阱的作用,同时锆和空位之间较高的结合能促进了空洞的长大。SC-2中空洞数密度与尺寸均上升。这是因为铌和钽的析出降低了溶质原子的浓度,引起点缺陷的复合速率下降,形成了密度更高、尺寸更大的空洞。