Improving the radiation resistance of structural materials in the presence of helium is significant for the development of advanced nuclear power systems. Nanostructured materials reduce the grain size and significantly increase the grain boundary density. Hence, it is considered to be an effective method to improve the radiation resistance of materials. In this work, we studied the radiation resistance of nanocrystalline (NC) and coarse grained (CG) 304 austenitic stainless steel (304-SS) by helium ion irradiations. The mean grain sizes of NC and CG 304-SS are ∼45 nm and ∼30 μm, respectively. The results of positron annihilation Doppler broadening spectroscopy and transmission electron microscopy indicate that NC 304-SS not only has better swelling resistance than CG 304-SS, but also has better helium effect resistance. And the swelling of NC 304-SS is reduced by a factor of ∼5.7 compared with CG 304-SS under the irradiation of 170 keV He+ to 2 × 1020 ions m−2 at 723 K. The mechanisms for the excellent swelling resistance of NC 304-SS are discussed.
ヘリウムの存在下での構造材料の耐放射線性の向上は、先進的な原子力システムの開発にとって重要である。ナノ構造材料は結晶粒径を微細化し、結晶粒界密度を著しく増加させる。したがって、これは材料の耐放射線性を向上させる有効な方法であると考えられている。本研究では、ナノ結晶（NC）および粗大粒（CG）304オーステナイト系ステンレス鋼（304-SS）の耐放射線性を、ヘリウムイオン照射により調査した。NCおよびCG 304-SSの平均結晶粒径は、それぞれ約45 nmおよび約30 μmである。陽電子消滅ドップラー広がり分光法および透過型電子顕微鏡の結果は、NC 304-SSがCG 304-SSよりも優れた耐スウェリング性を有するだけでなく、優れた耐ヘリウム効果も有することを示している。また、NC 304-SSのスウェリングは、723 Kで170 keVのHe+を2×10^20 ions m^-2照射した条件下では、CG 304-SSと比較して約5.7倍低減された。NC 304-SSの優れた耐スウェリング性のメカニズムについて考察した。