【摘要】：鎢由于其高熔點(diǎn)、高熱導(dǎo)率、低氚滯留、低濺射率、不與H發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、使用壽命長(zhǎng)等出色的性能成為核聚變堆中面向等離子體材料。氦離子作為氘氚核聚變反應(yīng)產(chǎn)物,不可避免的會(huì)與鎢相互作用,尤其是偏濾器靶板。高密度的氦離子轟擊金屬鎢表面,會(huì)導(dǎo)致金屬材料的微觀結(jié)構(gòu)演化,并進(jìn)一步改變其使用性能,從而會(huì)影響聚變堆的穩(wěn)定運(yùn)行。因此,對(duì)鎢進(jìn)行氦等離子輻照研究具有很重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文采用空心陰極法產(chǎn)生高密度氦等離子體對(duì)純W進(jìn)行低能高通量氦輻照實(shí)驗(yàn)。通過(guò)改變氦注入劑量來(lái)研究低能高溫高通量下純鎢表面形貌的變化過(guò)程,結(jié)果表明:低能高溫高通量氦輻照會(huì)導(dǎo)致純鎢表面形貌從平滑態(tài)向波紋態(tài)、三角錐態(tài)以及納米絨毛表面轉(zhuǎn)變。隨著氦注入量的增加,平滑態(tài)、波紋態(tài)和三角錐態(tài)逐漸向納米絨毛表面轉(zhuǎn)化。其中納米絨毛優(yōu)先在三角錐表面形成,當(dāng)氦注入劑量足夠大時(shí),三種表面形貌最終都會(huì)被納米絨毛取代。這種表面形貌的變化與鎢表面晶粒取向有密切關(guān)系,平滑表面晶面取向偏(101)方向,波浪狀表面偏(001)方向,三角錐表面形貌的晶面取向偏(111)方向,表面納米化的晶粒取向也偏向(111)方向。輻照后表面成分和電子狀態(tài)進(jìn)行研究表明:輻照前后鎢成分和電子狀態(tài)一致均為純鎢,表面沒(méi)有發(fā)生氧化。同時(shí)通過(guò)改變氦輻照的入射電壓來(lái)研究輻照電壓下純鎢表面形貌的變化,研究發(fā)現(xiàn)在330 V-530 V電壓范圍內(nèi),純鎢表面形貌變化沒(méi)有很大差別。本文同時(shí)對(duì)輻照后的鎢表面的力學(xué)性能、光學(xué)性能以及濺射行為進(jìn)行了初步研究。首先采用納米壓痕儀和顯微硬度儀相結(jié)合表征手段對(duì)氦輻照后鎢以及納米絨毛的力學(xué)性能進(jìn)行了研究,結(jié)果表明氦輻照后納米絨毛表面納米硬度最低,三角錐、波紋狀和平滑表面三種表面納米硬度以此增加。其中納米絨毛表現(xiàn)出了很好的延展性。而后,通過(guò)測(cè)試不同氦注入劑量試樣在350 nm-600 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的表面散射率來(lái)研究納米絨毛對(duì)光的吸收率,結(jié)果表明氦輻照后所形成的納米絨毛表面對(duì)紫外-可見(jiàn)光波段吸收率較高。最后通過(guò)采集330V電壓下非空心陰極下氦輻照過(guò)程中的光譜以及不同電壓下鎢氦輻照后試樣的失重百分比,對(duì)氦輻照時(shí)純鎢表面的濺射進(jìn)行了研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著電壓的增加,試樣的失重百分比先增加而后變化不明顯。在本文實(shí)驗(yàn)中,氬穩(wěn)定放電過(guò)程中鎢的表面濺射比氦穩(wěn)定放電過(guò)程中鎢的表面濺射要明顯。在本項(xiàng)目中通過(guò)對(duì)高密度氦離子作用的鎢表面形貌特征的觀察以及性能變化的研究,深入認(rèn)識(shí)了氦離子與難熔金屬鎢在高溫下的相互作用,豐富了高密度氦離子輻照損傷方面的實(shí)驗(yàn)證據(jù),加深了輻照損傷對(duì)鎢性能變化影響的理解,為鎢作為面向等離子體材料的應(yīng)用以及反應(yīng)堆地安全運(yùn)行提供參考。
【圖文】：

氦離子輻照對(duì)鎢表面形貌的影響極其性能的變化３）中子在包層中產(chǎn)生的熱量，是通過(guò)傳熱的介質(zhì)，將熱帶到以水為介質(zhì)的第的蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的高壓蒸汽中去推動(dòng)蒸汽而發(fā)電。逡逑４）與等離子體直接接觸的第一壁，遭受１４邋ＭｅＶ的高能中子和帶電粒子的直。逡逑ｐ偏濾器是處理聚變堆能量流和高后能帶電粒子流的重要手段。逡逑

然后在缺陷處聚集長(zhǎng)大，隨著局域處氫濃度的增加，氫還將會(huì)擴(kuò)散至材料內(nèi)逡逑部從而導(dǎo)致氫脆，嚴(yán)重影響材料的使用性能。還有些氫原子或離子會(huì)在缺陷處形成分子，逡逑形成小的氫氣泡。小的氣泡經(jīng)過(guò)遷移、聚集、長(zhǎng)大，會(huì)使材料表面起泡（如圖１．邋２所示）逡逑Ｍｍｍ＃。ＡＨｍ0ｖ等人Ｍ也證實(shí)了這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果。研究者們還研究了輻照溫度對(duì)氫逡逑泡的影響，研究發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，氣泡尺寸逐漸增大，且當(dāng)溫度過(guò)高（１０００邋Ｋ）時(shí)，逡逑沒(méi)有明顯的氣泡產(chǎn)生，研宄者們認(rèn)為這與高溫下氫的解吸附行為有關(guān)。逡逑ｍｍｍｍ逡逑圖１．２邋Ｄ等離子體輻照后鎢表面形成的氣泡（ａ）表面形貌（ｂ）氫泡經(jīng)ＦＩＢ切割后的表面形貌ｆ逡逑而關(guān)于氫同位素滯留問(wèn)題的研究也得到了研究者們的關(guān)注，Ｌｍｄｉｎｇ等人＠發(fā)現(xiàn)氫逡逑泡的形成與晶粒取向相關(guān)。氫滯留主要受粒子入射能量、注入量、輻照溫度等因素的影逡逑響。Ｏｇｏｒｏｄｎｉｋｏｖａ等人＿研宄發(fā)現(xiàn)當(dāng)粒子注量較低時(shí)（＜ｌＭ０２４邋Ｄ／ｍ２），，滯留量會(huì)隨著粒逡逑子能量的增大而增大，需要說(shuō)明的是，這里所指的粒子能量均在９４０邋ｅＶ以上，即大于逡逑Ｄ引起Ｗ原子離位所需要的最低能量。因此高能粒子引起高滯留量的可能原因?yàn)椋焊咤义希靛义?
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TL627

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2606541