强中子辐照是影响核能结构材料长期服役稳定性的关键制约因素，高能中子引发的离位原子损伤与氦致损伤，是导致材料力学性能退化的核心诱因。针对离位原子损伤问题这一关键科学问题，研究团队在前期双束辐照研究揭示高压氦泡挤压发射位错环机制的基础上(相关成果已发表于Journal of Materials Science & Technology 138 (2023) 36)，进一步开展双束原位辐照实验与分子动力学模拟研究，揭示了残余应力调控位错环演化的规律(相关成果发表于Journal of Materials Science & Technology 212 (2025) 77)。
本阶段研究结合质子辐照和理论模拟，不仅明确了晶粒取向与弗兰克位错环(Frank loop)演化的各向异性关联，还建立了位错环定量统计分析方法，优化了GH3535合金基于微观结构的力学性能预测模型。同时，团队系统阐释了辐照诱导偏析对Ni₃Si等析出相演化行为的影响机制，为深入理解辐照环境下材料微观结构演变规律提供了重要理论依据。相关成果以“Evolution mechanism of Ni3Si precipitate and anisotropic Frank loop variation in Ni-based alloy revealed by proton irradiation and MD simulations”为题，发表于Journal of Materials Science & Technology(材料科学1区，IF 14.3)。论文第一作者为朱振博博士，通讯作者为黄鹤飞研究员。
图1 辐照导致Ni₃Si等析出物演化行为及Frank loop与晶粒取向关系
高温环境下，中子与镍元素嬗变产生的氦原子易在晶界偏聚，引发严重氦脆现象，这是制约镍基合金在核能领域广泛应用的核心瓶颈。针对晶界处氦泡演化行为复杂这一难题，团队系统探究了多种典型晶界结构对氦泡演化的调控作用。通过辐照实验与微观表征发现：随着晶界能增加，氦泡尺寸显著减小，但其数密度及引发的材料肿胀程度明显上升。分子动力学模拟计算进一步量化了氦-晶界结合能与氦原子扩散速率，从原子尺度揭示了晶界结构调控氦泡分布的内在物理机制。该研究为准确预测及有效抑制镍基合金氦脆行为提供了重要理论支撑与模型依据。相关成果以“Effect of grain boundary types on He bubble evolution in Ni-based alloys: Experiment and Molecular dynamics simulation”为题，发表于Acta Materialia(材料科学1区，IF 9.3)。论文第一作者为博士研究生段睿宸，通讯作者为朱振博博士与黄鹤飞研究员。
图2晶界结构对氦泡分布的调控机制
本项研究得到了国家自然科学基金与钍基核裂变能全国重点实验室的资助与支持。
