韩国原子能研究所推出核及核聚变材料铁离子束辐照服务

核反应堆和核聚变反应堆发射的高能中子会对核燃料包壳、结构材料等关键部件造成损伤，因此相关研究至关重要。需要进行研究来评估材料损坏的程度，但使用研究反应堆或中子发生器进行直接中子辐照试验需要大量时间和成本。为了弥补这些局限性，国外正在积极开展研究，探索物理性质与中子的离子。

离子是原子失去或获得电子的带电粒子。它们是通过在高温下蒸发原子然后使用电场产生的。使用加速离子辐照材料可以产生类似于中子辐照损伤的结果。

考虑到重离子可以更快地造成更大的破坏，韩国原子能研究院于 2019 年建造了重离子辐照设施(KAHIF)。自2022年起开始提供氩(Ar)、氦(He)等重离子束辐照服务。

特别是铁离子束辐照是一种快速、准确评估广泛用于运行核电站、下一代核反应堆、核聚变反应堆和应用工业的钢铁材料损伤的有效方法。当同样的铁离子束照射钢铁材料时，可以消除与其他离子束照射时发生的不必要的物理和化学反应，从而可以对辐照损伤效果进行纯粹的评估。由于这些优点，核能和核聚变领域对铁离子束的需求一直在稳步增长，但铁难以变为气体，离子难以提取，使技术实施变得困难。

为了满足这些需求，研究团队建造了可以电离和加速金属元素的金属离子源装置，并在韩国首次获得了铁离子束加速和照射技术。

将固体铁化合物电离成气态后，我们利用双极电磁铁成功地提取并研究了每秒 1000 亿个铁离子 (Fe13+)，该电磁铁可以利用电磁场仅选择所需的离子。

此外，还确认了加速铁离子的能量和材料受到的损伤程度，证实可以在一天内测试轻水反应堆全循环运转时产生的损伤水平3dpa(每个原子的位移：辐射损伤单位)。这是国内其他中子辐照设施中最高水平。

这项研究是从2022年开始通过科学和信息通信技术部“核聚变领先中心(R&D)”项目进行的，旨在激活核能和核聚变材料的研究。铁离子束辐照服务的申请将于3月份开始在韩国原子能研究院网站上开放。

我们计划基于已获得的铁离子束辐照技术，建立中子辐照和离子束辐照的比较数据库(DB)，这将有助于开发核电站运行以及SMR、MSR和SFR等下一代反应堆和核聚变反应堆的关键材料。

核物理应用研究部主任李东源表示：“这项研究将成为过去完全依赖海外设施的国内研究人员的福音。”他补充说：“我们将努力从铁离子扩展到镍等其他高难度离子源，并确保高温测试环境，从而提供世界一流的离子束辐照服务。”