基于晶粒内部与边界顺序修复的抗辐射材料操作窗口

设计具有高抗辐射能力的核材料具有重要意义，尤其是对于下一代核能系统而言。纳米晶和多晶对辐照的响应取决于辐照温度、剂量率和晶粒尺寸。然而，这些依赖性此前一直是被单独研究和解释的，因此严重缺乏预测材料在极端环境下辐射性能的能力。在此，我们基于辐照诱导的间隙原子、空位与晶界之间相互作用的视角，提出了一个抗辐射材料的操作窗口。利用原子模拟，我们发现修复晶界所需的时间远长于修复晶粒内部。这一此前未被注意到的发现表明，此后应优先恢复晶界本身。这种修复时间的巨大差异反映在缺陷复合能垒谱中，表现为除了低能垒峰之外还存在一个高能垒峰。从本研究获得的见解激发了检验晶界在材料修复中作用的新途径。特别是，我们在温度、剂量率和晶粒尺寸的参数空间中勾勒出了辐射耐受窗口。该窗口有助于评估材料性能并开发抗辐射损伤材料。