利用高能離子注入機和直線等離子體模擬裝置將氦離子預(yù)注入鎢中,再進行氘等離子體輻照。采用掃描鏡（SEM）結(jié)合聚焦離子束（FIB）（SEM-FIB）,透射電鏡（TEM）,輝光放電光譜儀（GD-OES）和熱脫附譜（TDS）等分析方法,研究了高能氦離子預(yù)注入對氘等離子體再輻照后鎢中氘滯留行為的影響。結(jié)果表明:氦離子預(yù)注入鎢,在輻照損傷區(qū)域形成大量氦泡,鎢經(jīng)過氘等離子體再輻照后,表面的氘泡數(shù)量明顯低于單獨氘等離子體輻照的樣品。從GD-OES分析中可以看到,在氦捕獲位處氘滯留濃度明顯升高,同時氦離子預(yù)注入增加了氘在鎢中的擴散深度。結(jié)合TDS分析可知,氦離子預(yù)注入增加了氘在鎢中的滯留總量,這是由于氦離子預(yù)注入后,形成的缺陷又為鎢中氘的俘獲提供大量新的位點,從而導致鎢中的氘滯留量明顯提高。 

【文章來源】：稀有金屬材料與工程. 2020,49(10)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【圖文】：

單獨氘等離子體輻照以及氦離子預(yù)注入后氘等離子體再輻照后鎢的SEM表面形貌

單獨氘等離子體輻照以及氦離子預(yù)注入后氘等離子體再輻照后鎢的SEM-FIB表面與斷面形貌

利用SRIM程序模擬[29]離子注入后不同能量的氦離子在鎢中的深度-濃度分布，如圖2所示。圖2a為單一能量的氦離子注入鎢后氦的深度-濃度分布。由圖可知，氦離子注入后氦在鎢中的深度-濃度分布曲線呈高斯分布形狀，并且沿著注入深度的方向氦濃度呈先上升后下降趨勢，在距離表面0.7μm處達到峰值濃度約為0.062 at.fr。同時由圖2中可以看到，氦濃度分布的SRIM模擬曲線與GD-OES測量曲線吻合度較高，這也證實GD-OES測試氦濃度-深度分布的準確性。由圖可知，在1μm至更深處，GD-OES檢測氦濃度的曲線并不完全與SRIM曲線重合，是因為氦在鎢中發(fā)生擴散所致。圖2b為連續(xù)能量的氦離子注入鎢后氦的深度-濃度分布。從圖中可以看到，SRIM模擬曲線與GD-OES測量曲線吻合度較高，氦濃度曲線為先上升再下降的趨勢，且峰值區(qū)域呈平臺狀分布，即在深度0.21～0.56μm處達到峰值為0.016 at.fr。同時該位置處大量氦泡的存在證實了圖2中GD-OES測試和SRIM計算的氦濃度-深度分布曲線的準確性。對經(jīng)由氦離子預(yù)注入后的鎢樣品進行通量為1025 D/m2的氘等離子體輻照，為清晰地觀察氦離子預(yù)注入后氘等離子體再輻照與單獨氘等離子體輻照后的鎢表面形貌的異同，實驗中利用SEM結(jié)合FIB分別對2種樣品進行表征，鎢表面形貌如圖3所示。其中氦離子注入能量為單一能量。圖3a與3b為單獨氘等離子體輻照后的鎢表面形貌圖。從圖中可以看出，1025D/m2的單獨氘等離子體輻照后鎢表面有明顯起泡現(xiàn)象，且氘泡呈分散分布。通過進一步分析可知，圖中氘泡的直徑范圍為7.2～18μm，大小不等。圖3c與3d為氦離子預(yù)注入后氘等離子體再輻照的鎢表面形貌圖。與單獨氘等離子體輻照后的樣品相比：氦離子預(yù)注入后鎢表面的氘泡數(shù)量明顯較低。為更加深入地研究氦離子預(yù)注入對鎢中氘起泡行為的影響，再對這些氘泡進行FIB切割斷面結(jié)構(gòu)分析。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]金屬材料中氦泡研究的概述[J]. 趙安宇,程揚名.  浙江冶金. 2018(03)
[2]金屬材料中氦泡研究的概述[J]. 趙安宇,程揚名.  浙江冶金. 2018 (03)
[3]鎢中氘氦行為的高分辨熱脫附譜實驗方法研究[J]. 傅青偉,程龍,王軍,袁悅,呂廣宏.  原子能科學技術(shù). 2018(06)
[4]輝光放電發(fā)射光譜在材料成分-深度分析中的應(yīng)用[J]. 梁家偉,韓逸山,莊素娜,勞玨斌,林偉軒,簡瑋,王江涌.  真空. 2017(05)
[5]面向等離子體材料鎢中氘/氦滯留行為的研究進展[J]. 王維,葉小球,陳長安,李強,金偉,楊勇彬,高濤.  材料導報. 2017(09)
[6]中能高濃度氦離子注入對鎢微觀結(jié)構(gòu)的影響[J]. 郭洪燕,夏敏,燕青芝,郭立平,陳濟紅,葛昌純.  物理學報. 2016(07)
[7]國際熱核試驗堆第一壁材料的研究進展[J]. 丁孝禹,李浩,羅來馬,黃麗枚,羅廣南,昝祥,朱曉勇,吳玉程.  機械工程材料. 2013(11)
[8]聚變堆中面向等離子體材料的研究進展[J]. 張小鋒,劉維良,郭雙全,姜林文.  科技創(chuàng)新導報. 2010(03)



本文編號：3580382