Momentum transfer and damage energy gradient effects on helium distributions in type 304 stainless steel

The elastic scattering of 18 MeV α particles and transmission electron microscopy were used to study the effects of atomic displacement damage on preinjected helium distributions in type 304 stainless steel at 500°C. Helium implantation was conducted at 25°C or 500°C. The target foils were bombarded in either the solution annealed or 60% cold worked condition. Damage energy profiles were varied by changing the bombarding ion species (oxygen or hydrogen) or incident ion energy. Theoretical calculations of helium transport by atomic collisions were made for comparison with the experiment. For all of the experimental conditions, helium was shown to be very effectively trapped. No significant changes in helium concentration profiles or long-range migration (&> 100 nm) were induced by the superposition of highly nonuniform atomic displacement profiles at damage levels up to ~20 dpa. Most of the helium could be accounted for by the appearance of small near-equilibrium bubbles. La diffusion élastique des particules α de 18 MeV et la microscopic électronique par transmission ont été utilisées pour étudier les effets de dommage par déplacement atomique sur la distribution de l'hélium préinjecté dans de l'acier inoxydable 304 à 500°C. L'implantation d'hélium a été réalisée à 25°C ou 500°C. Les feuilles servant de cibles ont été bombardées dans l'alliage soit à l'état recuit à haute températures de mise en solution solide, soit à l'état écroui. Les profils d'énergie de dommages étaient modifiés en changeant la nature des ions de bombardement (oxygène ou hydrogène) et l'énergie des ions incidents. Les calculs théoriques du transport de l'hélium par collisions atomiques ont été effectués pour comparer les résultats à ceux de l'expérience. Pour toutes les conditions expérimentales, l'hélium s'est révélé être piégé de façon très efficace. Aucun changement significatif dans les profils de concentration en hélium ou de migration à longue distance (&> 100 nm) ne fut induit par la superposition de profils de déplacement atomique non uniforme pour des niveaux de dommages atteignant ~20 dpa. La plus grande partie de l'hélium pouvait être responsable de l'apparition de petites bulles proches de l'équilibre. Der Einfluss der Schädigung durch Atomverlagerungen auf die Verteilung vorinjizierten Heliums in rostfreiem Stahl 304 bei 500°C wurde durch elastische Streuung mit 18 MeV-α-Teilchen und durch Transmissionselektronenmikroskopie untersucht. Die He-Implantation wurde bei 25 ode