核反應堆和核聚變反應堆發射的高能中子會對核燃料包殼、結構材料等關鍵部件造成損傷，因此相關研究至關重要。需要進行研究來評估材料損壞的程度，但使用研究反應堆或中子發生器進行直接中子輻照試驗需要大量時間和成本。為了彌補這些局限性，國外正在積極開展研究，探索物理性質與中子的離子。

離子是原子失去或獲得電子的帶電粒子。它們是通過在高溫下蒸發原子然后使用電場產生的。使用加速離子輻照材料可以產生類似于中子輻照損傷的結果。

考慮到重離子可以更快地造成更大的破壞，韓國原子能研究院于 2019 年建造了重離子輻照設施(KAHIF)。自2022年起開始提供氬(Ar)、氦(He)等重離子束輻照服務。

特別是鐵離子束輻照是一種快速、準確評估廣泛用于運行核電站、下一代核反應堆、核聚變反應堆和應用工業的鋼鐵材料損傷的有效方法。當同樣的鐵離子束照射鋼鐵材料時，可以消除與其他離子束照射時發生的不必要的物理和化學反應，從而可以對輻照損傷效果進行純粹的評估。由于這些優點，核能和核聚變領域對鐵離子束的需求一直在穩步增長，但鐵難以變為氣體，離子難以提取，使技術實施變得困難。

為了滿足這些需求，研究團隊建造了可以電離和加速金屬元素的金屬離子源裝置，并在韓國首次獲得了鐵離子束加速和照射技術。

將固體鐵化合物電離成氣態后，我們利用雙極電磁鐵成功地提取并研究了每秒 1000 億個鐵離子 (Fe13+)，該電磁鐵可以利用電磁場僅選擇所需的離子。

此外，還確認了加速鐵離子的能量和材料受到的損傷程度，證實可以在一天內測試輕水反應堆全循環運轉時產生的損傷水平3dpa(每個原子的位移：輻射損傷單位)。這是國內其他中子輻照設施中最高水平。

這項研究是從2022年開始通過科學和信息通信技術部“核聚變領先中心(R&D)”項目進行的，旨在激活核能和核聚變材料的研究。鐵離子束輻照服務的申請將于3月份開始在韓國原子能研究院網站上開放。

我們計劃基于已獲得的鐵離子束輻照技術，建立中子輻照和離子束輻照的比較數據庫(DB)，這將有助于開發核電站運行以及SMR、MSR和SFR等下一代反應堆和核聚變反應堆的關鍵材料。

核物理應用研究部主任李東源表示：“這項研究將成為過去完全依賴海外設施的國內研究人員的福音。”他補充說：“我們將努力從鐵離子擴展到鎳等其他高難度離子源，并確保高溫測試環境，從而提供世界一流的離子束輻照服務。”