發(fā)布時(shí)間：2020-05-20 21:47

【摘要】：我國(guó)將在2030年前后建立具有發(fā)電輸出功能、氚自持的中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆(CFETR)。作為CFETR裝置中最具希望的面向等離子體材料,鎢材料中氫同位素駐留量的合理評(píng)估及駐留氫同位素的有效去除,是裝置安全設(shè)計(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行需要考慮的重要問(wèn)題之一。本文采用氣相熱充法向鎢材料中引入氘,系統(tǒng)考察了晶粒尺寸及摻雜元素對(duì)鎢中氘駐留行為的影響規(guī)律,研究并評(píng)估了熱解吸法和氫同位素交換法對(duì)鎢中駐留氘的去除效率。首先,對(duì)比了多種不同表面形貌的純鎢及鎢合金在相同實(shí)驗(yàn)條件下氣相充D_2的熱脫附數(shù)據(jù)。研究表明:幾種純鎢樣品中,由中國(guó)科學(xué)院固體物理研究所提供的采用熱軋制工藝制備的純鎢樣品中氘滯留量最低(0.39appm);摻雜不同元素的鎢材料中的氘脫附量相差較大,0.5%wt ZrC摻雜鎢樣品在相同條件下的滯留量(0.64appm)比V-Ta-Ti-Cr摻雜(1.74appm)和摻雜Y_2O_3鎢樣品(10.06appm)低一個(gè)數(shù)量級(jí);相比于V-Ta-Ti-Cr和Y_2O_3鎢,ZrC顆粒細(xì)小且主要分布于基體材料的晶界位置,一定程度上減少了氘在晶界的滯留。與之相比,摻雜ZrC有利于降低W中D的滯留。其次,進(jìn)一步研究了不同晶體尺寸(3~90μm)W-0.5wt%ZrC樣品在退火后、氣相熱充氘后、熱脫附后的表面形貌變化。定量熱脫附譜測(cè)試顯示,隨著晶粒尺寸增大樣品的氘脫附量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。在不完全再結(jié)晶狀態(tài)下脫附量最低,達(dá)到0.47appm。可見(jiàn)ZrC的摻雜有利于降低W中氘的滯留,且氘滯留對(duì)材料表面的損傷較小,因此,W-0.5wt%ZrC相較以上材料,更適合作為面向等離子體材料在實(shí)際聚變堆中應(yīng)用。然后,研究了熱解吸法對(duì)鎢中駐留氘的去除效果。氘主要以固溶原子的形式存在于鎢中;W-安泰樣品中D_2與HD的熱脫附活化能分為2.18eV、2.17eV;673K以下2h真空保溫除氘過(guò)程中沒(méi)有明顯的氘釋放,但延長(zhǎng)退火時(shí)間至3h,可使后續(xù)升溫階段氘熱脫附譜峰向低溫端偏移;經(jīng)歷773K及以上溫度、2h真空保溫除氘的樣品,氘去除率達(dá)到80%以上,除氘效果明顯。最后,研究了氫同位素交換法對(duì)純鎢中駐留氘的去除效果。發(fā)現(xiàn)373-673K溫度范圍內(nèi)、100kPa氫壓力的同位素交換,對(duì)鎢中氘沒(méi)有明顯去除效果,但隨氫同位素交換溫度升高、時(shí)間延長(zhǎng),氘熱脫附峰向低溫段偏移。氫同位素交換可使深度捕陷的氘原子向低俘獲能的位置遷移,773-973K范圍內(nèi)的氫同位素交換效果明顯,氘去除率達(dá)到65%以上。
【圖文】：

1圖 1.1 ITER 裝置示意圖Fig. 1.1 ITER Device schematic為了對(duì)核聚變反應(yīng)的穩(wěn)定性進(jìn)行全方面考察，，中國(guó)、歐盟、美國(guó)、俄羅斯、韓國(guó)、

圖 1.3 （a）未輻照鎢樣品本征位錯(cuò)特征[21]，（b）1×1022m-2s-1氘等離子體輻照后鎢樣品內(nèi)部位錯(cuò)特征[20]，（c）7×1023 m-2s-1氘等離子體輻照后鎢樣品內(nèi)部位錯(cuò)特征[21]Fig. 1.3 （a）eigendislocation characteristics of unirradiated tungsten samples[21]（b）Dislocationcharacteristics of tungsten irradiated by 1×1023m-2s-1deuterium plasma[20]（c）Dislocation characteristicsof tungsten irradiated by 1×1023m-2s-1deuterium plasma[21]
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TG146.411

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8 王子s

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