Quantifying helium-bubble swelling in RAFM steels using TEM and the surface-step method

Sangeun Kim

doi:10.1016/j.nme.2026.102095

Quantifying helium-bubble swelling in RAFM steels using TEM and the surface-step method

2026-03-01

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DOI：10.1016/j.nme.2026.102095

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在积累嬗变氦的聚变相关环境中，氦泡形成可能成为低活化铁素体/马氏体（RAFM）钢中的关键损伤机制，因为它会导致肿胀并可能降低力学性能。肿胀通常通过表面台阶高度测量和纳米压痕映射进行间接评估，但它们与潜在气泡群体的定量关系尚不明确。本研究通过160 keV氦离子注入和300-500°C的辐照后退火（PIA）处理，采用截面透射电子显微镜（TEM）对K-RAFM钢和类似Eurofer97的参考钢中的氦泡进行了定量表征。评估了气泡尺寸分布、数量密度以及基于气泡体积分数的肿胀，并与基于台阶高度和硬度测量的指标直接比较。气泡在300-400°C时通过数量密度的增加表现出最明显的形核，而在500°C时显著的粗化导致肿胀急剧增加。台阶高度重现了温度相关的肿胀趋势，而纳米压痕硬化响应与气泡数量密度的关系比与气泡尺寸的关系更密切。此外，顺序H/He离子注入揭示了明显的He-H协同效应，在H注入后He注入（He + H）的情况下，气泡密度和肿胀的增强效果比反向顺序（H + He）更强。

Keyword:

Reduced-activation ferritic/martensitic steel (RAFM)

Helium bubble

Swelling

Post-irradiation annealing (PIA)

Helium-hydrogen synergy

Quantifying helium-bubble swelling in RAFM steels using TEM and the surface-step method

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