研究表明，辐射可以极大地减少熔盐的腐蚀。

电离辐射对材料的影响常常沦为“坏消息”。辐射损伤通常会导致诸如脆化、加速蠕变、相不稳定和辐射腐蚀等有害影响。本文报道了质子辐照减缓Ni-Cr合金在650 °C熔融氟化盐中的晶间腐蚀。我们证明了这一点，证明了单独质子辐照可以减少Cr浸出到盐中所产生的晶间空洞深度。辐照产生的间隙缺陷促进了扩散，使注入腐蚀的空位更快地补充到合金成分中，从而起到了减速腐蚀的关键作用。我们的结果表明，辐照可以对材料的性能产生积极的影响，这对我们认为辐射损伤通常会导致负面影响的观点提出了挑战。

正如堆内实验2和加速器研究3所显示的那样，在今天的反应堆1中，辐射加速结构材料的腐蚀已是公认的事实。然而，可能存在多种相互竞争的机制。4.腐蚀速率的总体增加并不一定意味着每一种作用机制都会加速腐蚀。这些机理及其相对强度在不同的工质中必然会有所不同。事实上，从熔盐反应器实验中观察到的结构材料的腐蚀速率很低。这表明，辐照对熔盐中腐蚀的影响可能与在水基体系中不同。然而，半个多世纪以来，这种潜在的协同效应的原因一直被隐藏着。

由于腐蚀产物和通常具有保护作用的氧化物都溶于盐中，因此不会发生氧化物基钝化，使得在熔融盐中的腐蚀不同于水中腐蚀。6.在实际意义上，镍基合金在熔融的氟盐中腐蚀的主要机制，如本研究中的Ni-20Cr合金，主要是Cr(这里是最敏感的元素)选择性地溶解到盐7中。溶解腐蚀导致的原子净损失导致含有盐8的空洞。空洞的分布往往是局部化的。优先发生在晶界(GBs)9。因此，人们会认为，由于Cr向材料/盐界面的辐射增强扩散，辐照应该增加Cr原子的损失。事实上，Bakai等人。观察到Ni-Mo在NaF-ZrF4盐中的腐蚀在10电子辐照下有相当大的增加。

阐明辐射和腐蚀之间的协同作用是阻碍先进反应堆11、12部署的最具挑战性的任务之一，这是由于高温、腐蚀性冷却剂和强烈的粒子通量的综合作用13。在这里，我们表明质子辐照可以减缓Ni-Cr合金在熔盐中的腐蚀，这与在液体铅14、熔盐15和水基环境1中观察到的辐射加速腐蚀相矛盾，同时证实了其他16种环境中的辐射加速腐蚀。这种减速通过横截面分析得到证实和量化，揭示了在熔盐中观察到的腐蚀的深度。为了探索可能的相互作用的贡献，我们首先通过在纯铁中进行辐射加速腐蚀的对比实验，证明质子辐照实际上使盐的腐蚀性更强。因此，对于Ni-Cr合金来说，必须存在一种减速机制，我们认为这是辐射增强扩散和腐蚀驱动通量之间的耦合。

在预先建造的同步辐照/腐蚀装置17中，用质子束辐照暴露于650 °C氟化盐的Ni-20Cr薄箔样品。每个样品的中心区域同时暴露在质子和熔融盐中，而每个样品的外部区域仅暴露在熔融盐中。我们的实验表明，在所有情况下，未受照射的区域都会遭受通过箔片厚度的严重腐蚀，这一点从盐渗透到另一边就很明显。然而，这几乎不会发生在受辐射的区域。图1a显示了我们进行选定区域质子辐照的熔盐腐蚀实验示意图，显示该材料在没有显著氢离子注入的情况下会造成质子损伤(图1b)。样品的朝向光束的一侧(图1e，h，k)可以明显地分为两个区域，它们的边界与光束周长相匹配。背散射扫描电子显微镜(SEM)图像与相应的元素色散X射线光谱(EDX)点光谱(见补充图1)揭示了色差的原因是每个样品外部(未辐照)区域沿着GBs存在盐。没有辐照的区域(图1f，i，l)有盐装饰GBs，而辐照区域(图11d，g，j)几乎没有盐。此%d

腐蚀深度的广泛分布既可以用取向相关的腐蚀解释，也可以用晶间和穿晶同时腐蚀的混合来解释。这里的穿晶腐蚀表现为横穿GBs的充满盐分的空洞。一旦开始，这些空洞可以随着GBs向深处生长，同时扩展到相邻晶粒的一侧或两侧。因此，可以通过比较每个区域的最深攻击程度来在两个样本区域之间进行更具代表性和量化的区分，实际上是比较具有最敏感特征的GB，而不直接测量它们的取向关系。因此，我们在每个区域选择了10%最深的攻击(如图2J中的浅红色窗口所示)，并计算了它们的平均归一化腐蚀深度。如图2k所示，辐照区域受到的腐蚀大约比相应的未辐照区域少两倍。

在这一点上，有两种可能性可以解释我们观察到的辐射减速腐蚀：(1)辐射使合金更耐腐蚀；和/或(2)辐射改变了熔盐的化学成分，使其腐蚀性降低。为了了解哪一种是有效的，我们在纯铁箔上进行了对比实验。纯铁在熔融盐中的腐蚀比二元合金要均匀得多，因为它不含要选择性溶解的元素。尽管如此，腐蚀仍然导致表面粗糙18。腐蚀沿着表面的基准面蚀刻山谷，这直接表明了攻击的严重程度。我们收集了一张非常大的扫描电镜合成图像(26k×26k像素，8 mm×8 mm大小)纯铁箔面向盐面的一面(图3b)。边缘(图3c)和中心(图3d)的放大图像显示，中心比边缘遭受更严重的腐蚀，这意味着辐射增强了熔盐中纯铁的腐蚀。

用于扫描电镜成像的铁箔上的位置。橙色表示辐照区域。绿色表示未照射区域。B扫描电镜图像，在2.0 A−cm−2质子辐照下，在6 0min、6 0min、6 0min、6 0min、6 0min、6 0min和6 0min。比例尺：1 mm。C放大的箔片边缘(未辐照)区域的SEM图像。比例尺：20 μm.d，箔中心(辐照)区域的放大扫描电镜图像。比例尺：20 μM.e-基于机器学习的b分割，显示自动识别的腐蚀(红色)和未腐蚀(黄色)区域。白色圆圈勾勒出质子束的周长。比例尺：1 mm。

然后，我们应用了一种基于机器学习的算法来划分腐蚀和非腐蚀区域(图3e)。腐蚀区域(以红色显示)与束流轮廓(白色圆圈)重叠不是很好，这表明本实验中腐蚀严重程度的局部变化是由质子束与熔盐之间的相互作用引起的，而不是由铁箔本身引起的。辐照使盐更具腐蚀性，这种改性的盐可以从辐照区域流出。因此，我们也看到一些局部的无辐射区域出现了更严重的腐蚀。我们对纯铁的实验表明，质子辐照通过增加熔盐的腐蚀性来加速纯元素的腐蚀。由此可见，辐照与Ni-Cr合金的相互作用是引起辐照减速腐蚀的主要原因。需要注意的是，在Ni-20Cr腐蚀的情况下，也存在辐照增加盐腐蚀性的现象。当它随着质子束流的增加而增大时，我们预计这种影响在较高的束流时会更加突出。事实上，我们发现随着束流的增加，Ni-20Cr的整体腐蚀在辐照和未辐照区域都变得更加严重，如图2k所示。尽管如此，在所有测试的情况下，Ni-20Cr样品的辐照区域的腐蚀强度都明显低于未辐照区域。

提出了一个考虑辐射增强的整体扩散模型来解释辐照如何提高图4a，b中的耐蚀性。在我们的Ni-Cr二元合金中，Cr优先被熔盐耗尽，因为在我们的LiF-NaF-KF+EuF3(FLiNaK+EuF3)氟化物盐19中，Cr的氧化还原电位比Ni低得多。块体中的Cr将通过快速的途径(如GBs)扩散到盐20。从LiF-NaF-KF+EuF3(FLiNaK+EuF3)氟化盐19中向外的质量通量。然而，在这些温度下，由于体扩散比GB扩散慢得多，腐蚀过程中GBs处的空位密度会增加。腐蚀会使GBs处的Cr原子密度降低，同时伴随着Ni原子密度的增加。因此，倪妮就是恩瑞

最后，我们比较了质子和中子辐照对Ni-20Cr在熔盐中腐蚀的影响。在我们的实验中，大多数质子都停留在盐中，所以在箔中注入氢间隙的影响可以忽略不计，尽管它们对盐的腐蚀性影响很大。与质子束不同，中子不会直接与电子相互作用，本身也不是带电物种。因此，我们预计接受中子辐照的盐的腐蚀性可能比经历质子辐照的盐的腐蚀性要小，因为中子辐照不会向盐中添加带电的化学物种(除了少量氚的嬗变产生)。因此，我们预计Ni-Cr合金在中子辐照下的辐照减速晶间腐蚀将是真实的，甚至可能比同等的质子通量表现出更强的减速。幸运的是，我们的实验产生了与快速反应堆相似的粒子通量，尽管粒子类型的差异仍然提出了这样一个问题，即这种自愈机制是否会持续并在核反应堆中占据主导地位。然而，我们的结果揭示了一种令人鼓舞的机制，即辐射通过增强整体扩散来减缓晶间腐蚀，这对快速开发和向下选择结构材料，最终迎来先进的核裂变和聚变反应堆具有重要意义。

这项工作使用的FLiNaK+EuF3盐是在氩气氛手套箱内的温控炉中生产的。手套箱中的氧气和水分被控制在1 ppm以下。99.99%纯度LiF(CAS编号7789-24-4)、99.99%纯度NaF(CAS编号7681-49-4)、99.99%纯度KF(CAS编号7789-23-3)和99.98%纯度EuF3(CAS编号13765-25-8)的粉末从Alfa Aesar购买。LiF、NaF和KF粉末在德国HTW提供的玻璃碳坩埚中以1000 °C的温度熔化成不同的圆盘。将EuF3粉末在10 0 0 °C下焙烧，然后将LiF、NaF和KF的盐盘粉碎成小块，并根据FLiNaK共晶混合物(LiF-NaF-KF(4 6.5-11.5-42 mol%))的组成测量重量。然后加入相当于总量5 wt.%的焙烧EuF3粉末。添加EuF3通过增加盐27的氧化还原电位来增加整体腐蚀速率。EuF3与Cr反应生成EuF2，不在试样表面沉积。然后，将盐混合物在另一个玻璃碳坩埚中熔化，在700kPa°C下保温12 h，然后将最终的盐盘粉碎成小块。它被测量并熔化成重量约为3.5mmg的颗粒。这些颗粒组成了加载到腐蚀/辐射实验中的盐。

80Ni-20Cr 重量%模型合金是由美国尖端合金公司制造的。以0.5毫米厚的薄板形式，经认证纯度等级为99.95%。然后由H.Cross公司轧制这种合金的30-μm厚的薄片。在这项工作中研究的所有样品都由直径14毫米的圆盘组成，这些圆盘是从相同的轧制箔上切成的。试样表面足够光滑，无需额外抛光即可进行腐蚀试验。

为了进行纯铁腐蚀/辐照实验，从Alfa Aesar购买了99.5%(金属基)纯铁箔，厚度为25 μm，按原样使用。

这项研究中使用的设施的详细情况可以在参考文献17中找到。盐和样品装载都是在前面提到的同一个手套箱中进行的。然后将真空密封组件从手套箱中移出，连接到质子加速器束流线上。班级(剑桥加速器科学实验室)1.7 mV Tandetron用于访问。

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