npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562924050336QWXNZSnpe-433Research ArticleРадиационная стойкость материалов и аппаратурыRadiation Resistance of Materials and EquipmentАНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СПЛАВА W–10CR–0.5Y ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИОННОГО ОБЛУЧЕНИЯMICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF W–10CR–0.5Y ALLOY UNDER HEAVY ION IRRADIATIONНикитинА. А.NikitinA. A.nikitin@itep.ruРогожкинС. В.RogozhkinS. V.ОгородниковаО. В.OgorodnikovaO. V.БогачевА. А.BogachevA. A.ФединП. А.FedinP. A.КулевойТ. В.KulevoyT. V.Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”РоссияNational Research Centre “Kurchatov Institute”; National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian FederationНациональный исследовательский центр “Курчатовский институт”РоссияNational Research Centre “Kurchatov Institute”Russian Federation202516012025162135145Copyright © Никитин А.А., Рогожкин С.В., Огородникова О.В., Богачев А.А., Федин П.А., Кулевой Т.В., 20252025Никитин А.А., Рогожкин С.В., Огородникова О.В., Богачев А.А., Федин П.А., Кулевой Т.В.Nikitin A.A., Rogozhkin S.V., Ogorodnikova O.V., Bogachev A.A., Fedin P.A., Kulevoy T.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/433

Simulation experiments on radiation resistance of a promising material for fusion reactor, the W–10Cr–0.5Y alloy, were carried out in the work. The alloy samples were irradiated with Fe2+ ions with energy of 5.6 MeV at 500°C to damage doses of 1 and 10 dpa. Transmission electron microscopy and atom probe tomography have shown that as a result of irradiation, a solid solution decomposition with the formation of nanoscale clusters enriched in chromium. The concentration of Cr in clusters is 52 ± 2 and 77 ± 3 at % for radiation doses of 1 and 10 dpa, respectively. The size of the formed clusters is less than 2 nm, and the number density is ~5 ⋅ 1024 m–3.

термоядерный реакторсплавы вольфрамаионное облучениеатомно-зондовая томографияпросвечивающая электронная микроскопиярадиационно-индуцированный процессраспад твердого раствораfusion reactortungsten alloyion irradiationatom probe tomographytransmission electron microscopyradiation-induced processsolid solution decompositionРабота выполнена при финансовой поддержке Российской Федерации в лице Министерства науки и высшего образования РФ (Соглашение № 075-15-20211352). Облучение, томографический атомно-зондовый анализ и нанотвердометрия образцов выполнены на оборудовании Центра коллективного пользования КАМИКС (http://kamiks.itep.ru/) Национального исследовательского центра “Курчатовский институт” Курчатовский комплекс теоретической и экспериментальной физики. Приготовление образцов методами фокусированных ионных пучков и анализ методами просвечивающей электронной микроскопии выполнены на оборудовании Центра коллективного пользования “Структурная диагностика материалов” ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН (https://kif.ras.ru/ckp/contacts/).ReferencesWittlich K. et al. // Fusion Eng. Des. 2009. V. 84. P. 1982.Wittlich K. et al. // Fusion Eng. Des. 2009. V. 84. P. 1982.Hirai T. et al. // J. Nucl. Mater. 2009. V. 390–391. P. 751.Hirai T. et al. // J. Nucl. Mater. 2009. V. 390–391. P. 751.Zinkle S.J., Snead L.L. // Ann. Rev. Mater. Res. 2014. V. 44 (1). P. 241–267.Zinkle S.J., Snead L.L. // Ann. Rev. Mater. Res. 2014. V. 44 (1). P. 241–267.Zinkle S.J., Busby J.T. // Mater. Today. 2009. V. 12. P. 12–19.Zinkle S.J., Busby J.T. // Mater. Today. 2009. V. 12. P. 12–19.Sato S, Nishitani T. // J. Nucl. Mater. 2003. V. 313–316. P. 690–695.Sato S, Nishitani T. // J. Nucl. Mater. 2003. V. 313–316. P. 690–695.Rebut P.-H. // Fusion Eng. Des. 1995. V. 30 (1–2). P. 85–118.Rebut P.-H. // Fusion Eng. Des. 1995. V. 30 (1–2). P. 85–118.Bachmann C., Arbeiter F., Boccaccini L.V., Coleman M., Federici G., Fischer U., Kemp R., Maviglia F., Mazzone G., Pereslavtsev P., Roccella R., Taylor N., Villari R., Villone F., Wenninger R., You J.-H. // Fusion Eng. Des. 2016. V. 112. P. 527–534.Bachmann C., Arbeiter F., Boccaccini L.V., Coleman M., Federici G., Fischer U., Kemp R., Maviglia F., Mazzone G., Pereslavtsev P., Roccella R., Taylor N., Villari R., Villone F., Wenninger R., You J.-H. // Fusion Eng. Des. 2016. V. 112. P. 527–534.Klein F., Gilbert M.R., Litnovsky A., Gonzalez-Julian J., Weckauf S., Wegener T., Schmitz J., Linsmeier Ch., Bram M., Coenen J.W. // Fusion Eng. Des. 2020. V. 158. P. 111667.Klein F., Gilbert M.R., Litnovsky A., Gonzalez-Julian J., Weckauf S., Wegener T., Schmitz J., Linsmeier Ch., Bram M., Coenen J.W. // Fusion Eng. Des. 2020. V. 158. P. 111667.Calvo A., García-Rosales C., Ordás N., Iturriza I., Schlueter K., Koch F., Pintsuk G., Tejado E., Pastor J.Y. // Fusion Eng. Des. 2017. V. 124. P. 1118–1121.Calvo A., García-Rosales C., Ordás N., Iturriza I., Schlueter K., Koch F., Pintsuk G., Tejado E., Pastor J.Y. // Fusion Eng. Des. 2017. V. 124. P. 1118–1121.Sal E. et al. // Nucl. Mater. Energy. 2020. V. 24. P. 100770. https://doi.org/10.1016/j.nme.2020.100770Sal E. et al. // Nucl. Mater. Energy. 2020. V. 24. P. 100770. https://doi.org/10.1016/j.nme.2020.100770Sal E., García-Rosales C., Iturriza I., Andueza I., Burgos N. // Fusion Eng. Des. 2019. V. 146 (B). P. 1596–1599.Sal E., García-Rosales C., Iturriza I., Andueza I., Burgos N. // Fusion Eng. Des. 2019. V. 146 (B). P. 1596–1599.Федин П.А., Прянишников К.Е., Зиятдинова А.В., Козлов А.В.,Куйбида Р.П., Кулевой Т.В., Бобырь Н.П., Абин Д.А., Руднев И.А., Никитин А.А., Рогожкин С.В. // Ядерная физика и инжиниринг. 2023. Т. 14 (5). С. 498–503. [Fedin P.A., Pryanishnikov K.E., Ziyatdinova A.V., Kozlov A.V., Kuybida R.P., Kulevoy T.V., Bobyr N.P., Abin D.A., Rudnev I.A., Nikitin A.A., Rogozhkin S.V. // Phys. At. Nucl. 2022. V. 85. Suppl. 2. P. S50–S54].Федин П.А., Прянишников К.Е., Зиятдинова А.В., Козлов А.В.,Куйбида Р.П., Кулевой Т.В., Бобырь Н.П., Абин Д.А., Руднев И.А., Никитин А.А., Рогожкин С.В. // Ядерная физика и инжиниринг. 2023. Т. 14 (5). С. 498–503. [Fedin P.A., Pryanishnikov K.E., Ziyatdinova A.V., Kozlov A.V., Kuybida R.P., Kulevoy T.V., Bobyr N.P., Abin D.A., Rudnev I.A., Nikitin A.A., Rogozhkin S.V. // Phys. At. Nucl. 2022. V. 85. Suppl. 2. P. S50–S54].Stoller R., Toloczko M., Was G., Certain A., Dwaraknath S., Garner F. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 2013. V. 310. P. 75.Stoller R., Toloczko M., Was G., Certain A., Dwaraknath S., Garner F. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 2013. V. 310. P. 75.Kinchin G.H., Pease R.S. // Rep. Prog. Phys. 1955. V. 18 (1). P. 1–51.Kinchin G.H., Pease R.S. // Rep. Prog. Phys. 1955. V. 18 (1). P. 1–51.Rogozhkin S.V., Lukyanchuk A.A., Raznitsyn O.A., Shutov A.S., Nikitin A.A., Khomich A.A., Iskandarov N.A. // J. Surf. Investig. 2018. V. 12. P. 452–459.Rogozhkin S.V., Lukyanchuk A.A., Raznitsyn O.A., Shutov A.S., Nikitin A.A., Khomich A.A., Iskandarov N.A. // J. Surf. Investig. 2018. V. 12. P. 452–459.Aleev A.A., Rogozhkin S.V., Lukyanchuk A.A., Shutov A.S., Raznitsyn O.A., Nikitin A.A., Iskandarov N.A., Korchuganova O.A., Kirillov S.E. Certificate of State Registration of a Computer Program № 2018661876 (September 20, 2018).Aleev A.A., Rogozhkin S.V., Lukyanchuk A.A., Shutov A.S., Raznitsyn O.A., Nikitin A.A., Iskandarov N.A., Korchuganova O.A., Kirillov S.E. Certificate of State Registration of a Computer Program № 2018661876 (September 20, 2018).Шутов А.С., Лукьянчук А.А., Рогожкин С.В. и др. // Ядерная физика и инжиниринг. 2018. Т. 9 (4). С. 372–382. [Shutov A.S., Lukyanchuk A.A., Rogozhkin S.V., et al. // Phys. At. Nucl. 2019. V. 82. P. 1292–1301].Шутов А.С., Лукьянчук А.А., Рогожкин С.В. и др. // Ядерная физика и инжиниринг. 2018. Т. 9 (4). С. 372–382. [Shutov A.S., Lukyanchuk A.A., Rogozhkin S.V., et al. // Phys. At. Nucl. 2019. V. 82. P. 1292–1301].Maslenikov I., Useinov A., Birykov A., Reshetov V. // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2017. V. 256. P. 012003.Maslenikov I., Useinov A., Birykov A., Reshetov V. // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2017. V. 256. P. 012003.Oliver W.C., Pharr G.M. // J. Mater. Res. 2004. V. 19 (1). P. 3–20.Oliver W.C., Pharr G.M. // J. Mater. Res. 2004. V. 19 (1). P. 3–20.Li X., Bhushan Bh. // Mater. Character. 2002. V. 48 (1). P. 11–36.Li X., Bhushan Bh. // Mater. Character. 2002. V. 48 (1). P. 11–36.Fukuda M., Hasegawa A., Tanno T., Nogami Sh., Kurishita H. // J. Nucl. Mater. 2013. V. 442 (1–3). Suppl. 1. P. S273–S276.Fukuda M., Hasegawa A., Tanno T., Nogami Sh., Kurishita H. // J. Nucl. Mater. 2013. V. 442 (1–3). Suppl. 1. P. S273–S276.El-Atwani O. et al. // Sci. Adv. 2019. V. 5 (3). P. aav2002. https://doi.org/10.1126/sciadv.aav2002El-Atwani O. et al. // Sci. Adv. 2019. V. 5 (3). P. aav2002. https://doi.org/10.1126/sciadv.aav2002Dürrschnabel M., Klimenkov M., Jäntsch U., Terentiev D. // Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 7572.Dürrschnabel M., Klimenkov M., Jäntsch U., Terentiev D. // Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 7572.Jenkins M.L. // J. Nucl. Mater. 1994. V. 216. P. 124–156.Jenkins M.L. // J. Nucl. Mater. 1994. V. 216. P. 124–156.El-Atwani O., Esquivel E., Efe M., Aydogan E., Wang Y.Q., Martinez E., Maloy S.A. // Acta Mater. 2018. V. 149. P. 206–219.El-Atwani O., Esquivel E., Efe M., Aydogan E., Wang Y.Q., Martinez E., Maloy S.A. // Acta Mater. 2018. V. 149. P. 206–219.Yi X., Jenkins M.L., Kirk M.A., Zhou Z., Roberts S.G. // Acta Mater. 2016. V. 112. P. 105–120.Yi X., Jenkins M.L., Kirk M.A., Zhou Z., Roberts S.G. // Acta Mater. 2016. V. 112. P. 105–120.Parish C.M., Field K.G., Certain A.G. et al. // J. Mater. Res. 2015. V. 30. P. 1275–1289.Parish C.M., Field K.G., Certain A.G. et al. // J. Mater. Res. 2015. V. 30. P. 1275–1289.Phillips P.J., Brandes M.C., Mills M.J., de Graef M. // Ultramicroscopy. 2011. V. 111 (9–10). P. 1483–1487. https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2011.07.001Phillips P.J., Brandes M.C., Mills M.J., de Graef M. // Ultramicroscopy. 2011. V. 111 (9–10). P. 1483–1487. https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2011.07.001Yao B., Edwards D.J., Kurtz R.J. // J. Nucl. Mater. 2013. V. 434 (1–3). P. 402–410. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2012.12.002Yao B., Edwards D.J., Kurtz R.J. // J. Nucl. Mater. 2013. V. 434 (1–3). P. 402–410. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2012.12.002Jägle E., Choi P., Raabe D. // Microscopy Microanalysis. 2014. V. 20 (6). P. 1662–1671. https://doi.org/10.1017/S1431927614013294Jägle E., Choi P., Raabe D. // Microscopy Microanalysis. 2014. V. 20 (6). P. 1662–1671. https://doi.org/10.1017/S1431927614013294Milman Yu.V., Golubenko A.A., Dub S.N. // Acta Mater. 2011. V. 59 (20). P. 7480–7487. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.08.027Milman Yu.V., Golubenko A.A., Dub S.N. // Acta Mater. 2011. V. 59 (20). P. 7480–7487. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.08.027Chen J., Bull S.J. // Surf. Coat. Tech. 2006. V. 201 (7). P. 4289–4293. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.08.099Chen J., Bull S.J. // Surf. Coat. Tech. 2006. V. 201 (7). P. 4289–4293. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.08.099Nix W.D., Gao H. // J. Mech. Phys. Solids. 1998. V. 46. P. 411–425.Nix W.D., Gao H. // J. Mech. Phys. Solids. 1998. V. 46. P. 411–425.Lucas G.E. // J. Nucl. Mater. 1993. V. 206. P. 287–305.Lucas G.E. // J. Nucl. Mater. 1993. V. 206. P. 287–305.Busby J.T., Hash M.C., Was G.S. // J. Nucl. Mater. 2005. V. 336. P. 267–278.Busby J.T., Hash M.C., Was G.S. // J. Nucl. Mater. 2005. V. 336. P. 267–278.Miyazawa T., Nagasaka T., Kasada R., Hishinuma Y., Muroga T., Watanabe H., Yamamoto T., Nogami S., Hatakeyama M. // J. Nucl. Mater. 2014. V. 455. P. 440444. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2014.07.059Miyazawa T., Nagasaka T., Kasada R., Hishinuma Y., Muroga T., Watanabe H., Yamamoto T., Nogami S., Hatakeyama M. // J. Nucl. Mater. 2014. V. 455. P. 440444. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2014.07.059Calvo A., Schlueter K., Tejado E., Pintsuk G., Ordás N., Iturriza I., Neu R., Pastor J.Y., García-Rosales C. // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2018. V. 73. P. 29–37.Calvo A., Schlueter K., Tejado E., Pintsuk G., Ordás N., Iturriza I., Neu R., Pastor J.Y., García-Rosales C. // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2018. V. 73. P. 29–37.Singh B.N., Foreman A.J.E., Trinkaus H. // J. Nucl. Mater. 1997. V. 249 (2–3). P. 103–115.Singh B.N., Foreman A.J.E., Trinkaus H. // J. Nucl. Mater. 1997. V. 249 (2–3). P. 103–115.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.