钛合金作为高强度质子加速器束窗材料的辐照损伤研究
仪器与探测器
2020-02-19 v1 高能物理 - 实验
核实验
加速器物理
摘要
一种高强度α+β双相钛合金Ti-6Al-4V在若干加速器靶设施中被用作束窗材料。然而，关于该合金材料性能如何受高强度质子束辐照影响所知相对较少。随着J-PARC和Fermilab的中微子设施升级至超过1 MW束功率的计划，窗材料中的辐照损伤将达到每年几个原子离位数（dpa），显著高于现有数据的约0.3 dpa水平。RaDIATE合作组在BLIP设施对包括多种钛合金在内的各类靶与窗材料样品进行了高强度质子束辐照。对辐照至最高0.25 dpa的第一胶囊样品的辐后检验正在进行中。在PNNL热室中进行的拉伸试验显示Ti-6Al-4V有明显的辐照硬化与延性损失特征，而β相较少的Ti-3Al-2.5V硬化程度较轻。随后将进行微观结构研究以探明这些合金间拉伸行为差异的成因。高周疲劳（HCF）性能对于承受脉冲质子束周期性热应力作用的束窗寿命评估至关重要。将由Fermilab的常规弯曲疲劳试验与Culham实验室的超声中尺度疲劳试验获取首批辐照钛合金的HCF数据。辐照至最高约1 dpa的第二胶囊样品涵盖了典型钛合金牌号，包括可能的抗辐照候选材料。这些关于钛合金辐照损伤效应的系统性研究旨在使我们能够预测当前Ti-6Al-4V束窗的实际寿命，并通过选用更具抗辐照与抗热冲击能力的合金来延长寿命。
引用
@article{arxiv.1911.10198,
title = {Radiation Damage Studies on Titanium Alloys as High Intensity Proton Accelerator Beam Window Materials},
author = {Taku Ishida and Eiichi Wakai and Shunsuke Makimura and Patrick G. Hurh and Kavin Ammigan and Andrew M. Casella and Danny J. Edwards and David J. Senor and Christopher J. Densham and Michael Fitton and Joe Bennett and Dohyun Kim and Nikolaos Simos and Marco Calviani and Claudio Torregrosa Martin},
journal= {arXiv preprint arXiv:1911.10198},
year = {2020}
}
备注
10 pages, 7 figures, In Proc. of IWSMT-14, 14th International Workshop on Spallation Materials Technology, 11th-17th Nov. 2018 at Fukushima, Japan