Abstract
碳化矽/碳化矽複合材料是目前核能材料中最具潛力之一，其性質優異，如：低活性、高溫機械性質佳、輻射穩定性佳、抗腐蝕…等，而本論文的主要目的則是模擬核融合反應器高溫輻射環境，研究Hi-Nicalon Type-S(HNS)碳化矽纖維/碳化矽複合材所受之輻射效應。 我們利用本校儀器組之加速器建立起『三射束照射系統』，在兩種不同三射束離子能量下：(I) 3.9MeV-Si2+、800keV-He+、280keV-H+；(II) 5.4MeV-Si3+、 740keV-He+、270keV-H+，分別進行了三組及兩組三射束照射實驗，其佈值條件為：(I)800℃/100dpa、1000℃/10dpa、1000℃/100dpa；(II)900℃/10dpa、1000℃/10dpa，其中氦、氫濃度對材料損傷比皆分別為150appm/dpa、60appm/dpa。在這五組照射實驗中，我們皆在基材中發現氦氣泡析出，其分佈型態偏向細小且數量多，這是因為氫擴散速率遠高於氦原子，有效地分散成核點並抑止氦氣泡成長所致；而溫度的提高，使得氦、氫原子及空缺擴散速率提高更容易聚集，不僅有助於氦氣泡析出並會產生粗化效應，使氦氣泡變大但是數量減少。 而在HNS纖維區中，僅800℃/100dpa照射實驗沒有發現氦氣泡的析出，這是因為纖維晶粒小晶界密度較高，加上纖維中純碳區及孔隙分散氦、氫原子及空缺，抑止氦氣泡的析出，再加上在800℃下氦原子擴散不易，因此纖維中沒有發現氦氣泡析出。在上述實驗中，我們亦發現矽離子分佈與三射束共同效應區重疊，會使得氦氣泡高溫成長不明顯，也許是矽離子形成間隙原子並與空缺再結合，降低整體的材料輻射損傷，無法提供足夠的過飽和空缺來形成氦氣泡。實驗結果亦顯示，在三射束效應下材料微結構易產生劇烈變化，高溫效應更是重大威脅，未來應以更高溫度研究為主，以深入了解其中機制。