PRIN 2022 招标公告。2022年2月2日第104号决定
项目名称：RaDAMES: RAdiation DAMagE in Structural material of fusion reactors under neutron irradiation: cross section measurements, possible mitigation strategies and material testing protocols
CUP代码 B53D23005050006
预算：€ 65.098
P.I. 或 U.R. 负责人 Prof. Giuseppe Demelio
其他研究单位或可能的子单位 Nicola 科隆纳博士（INFN），Annamaria Mazzone 博士（CNR）
项目简要说明
该项目研究了面向未来聚变反应堆使用的结构材料中中子诱导损伤。其主要关注点是由中子诱导的带电粒子发射反应所产生的气体生成，这种现象会显著影响暴露于聚变相关中子场中的材料的长期行为和可靠性。为解决这一问题，项目结合了互补的实验、计算和诊断方法。实验工作主要致力于评估在 CERN n_TOF 装置上测量能量依赖反应截面的可行性。同时，采用蒙特卡罗和分子动力学模拟研究不同尺度下的中子—材料相互作用及辐射损伤机制。项目特别关注钨这一聚变应用中的关键材料，以及空位、间隙原子、位错环和与氦相关损伤等缺陷的形成。与此同时，还探索了无损热学技术作为检测辐照引起材料性能变化的潜在工具。该项目由 INFN、CNR 和 Politecnico di Bari 共同实施，各方为整体科学目标贡献了各自的专业优势。
目的
该项目的主要目标是加深对聚变反应堆环境中所用材料中子损伤的理解与评估。首要目标是验证在 n_TOF 装置上是否能够准确测量中子诱导的带电粒子发射反应，尤其是与气体生成、氚增殖和材料劣化相关的反应。第二个目标是评估分子动力学模拟在原子尺度描述辐射损伤方面的预测能力。这些模拟旨在揭示钨中辐照诱导缺陷的形成、演化及稳定性。另一项目标是研究此类缺陷如何影响热学和力学性能，而这些性能对于聚变部件的安全运行至关重要。项目还试图探索无损诊断方法，尤其是激励热成像和脉冲激光技术，作为在不损害材料的情况下检测损伤的潜在工具。总体而言，最终目的在于整合实验测量、数值建模和材料表征方法，以支持未来聚变技术更安全、更可靠材料的开发。
预期成果
预计该项目将对在 CERN n_TOF 上测量中子诱导带电粒子反应的可行性作出具体示范。这包括设计、建造并验证一种新的探测系统，用于识别中子诱导反应中发射的轻带电粒子。蒙特卡罗模拟预计将通过估算探测器效率、预期计数率以及中子束诱导背景来支持实验工作。项目还旨在为未来针对对聚变应用具有特定意义的同位素开展测量奠定基础，包括与氚增殖以及反应堆包层中中子损伤相关的材料。在建模方面，分子动力学模拟预计将阐明中子辐照如何在钨中产生缺陷并改变其热物理性质的机制。这些结果旨在帮助将原子尺度的损伤过程与宏观材料退化联系起来。此外，项目还预计将评估无损热学技术识别辐照诱导损伤的潜力。更广泛地说，预期成果将是一套适用于未来聚变反应堆结构材料研究的实验与计算工具，以及相关科学论文和开放获取的成果传播。
已取得的成果
该项目在所有主要计划领域均取得了显著成果。已开发出一种创新的固态探测系统，并在 n_TOF 装置的中子束条件下进行了测试和验证。该装置被证明能够探测并识别质子、氘核、氚核和 α 粒子等轻带电粒子，并在未来截面测量中展现出良好前景。验证测量采用碳反应完成，初步结果证实了所提实验方案的可行性。基于 GEANT4 的蒙特卡罗模拟被成功用于优化实验装置、估算效率、评估本底并规划未来测量。针对与聚变应用相关的锂和铍同位素测量方案已提交并获 CERN 批准。与此同时，分子动力学模拟成功应用于钨材料，以研究辐照诱导缺陷及其对热输运的影响。模拟表明，氦泡、空位和位错环等缺陷可显著降低晶格热导率。项目还评估了包括脉冲激光方法在内的无损热学手段，认为其是评估辐照引起退化的有前景工具。总体而言，各项活动均按照已批准的工作计划顺利完成，并为后续实验研究、建模工作和诊断技术发展奠定了坚实基础。
