利用高能離子注入機(jī)和直線等離子體模擬裝置將氦離子預(yù)注入鎢中,再進(jìn)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(duì)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(guò)氘等離子體再輻照后,表面的氘泡數(shù)量明顯低于單獨(dú)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(shí)氦離子預(yù)注入增加了氘在鎢中的擴(kuò)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(diǎn),從而導(dǎo)致鎢中的氘滯留量明顯提高。 

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

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【圖文】：

單獨(dú)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(dú)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(shì)，在距離表面0.7μm處達(dá)到峰值濃度約為0.062 at.fr。同時(shí)由圖2中可以看到，氦濃度分布的SRIM模擬曲線與GD-OES測(cè)量曲線吻合度較高，這也證實(shí)GD-OES測(cè)試氦濃度-深度分布的準(zhǔn)確性。由圖可知，在1μm至更深處，GD-OES檢測(cè)氦濃度的曲線并不完全與SRIM曲線重合，是因?yàn)楹ぴ阪u中發(fā)生擴(kuò)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(cè)量曲線吻合度較高，氦濃度曲線為先上升再下降的趨勢(shì)，且峰值區(qū)域呈平臺(tái)狀分布，即在深度0.21～0.56μm處達(dá)到峰值為0.016 at.fr。同時(shí)該位置處大量氦泡的存在證實(shí)了圖2中GD-OES測(cè)試和SRIM計(jì)算的氦濃度-深度分布曲線的準(zhǔn)確性。對(duì)經(jīng)由氦離子預(yù)注入后的鎢樣品進(jìn)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(dú)氘等離子體輻照后的鎢表面形貌的異同，實(shí)驗(yàn)中利用SEM結(jié)合FIB分別對(duì)2種樣品進(jìn)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(dú)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(dú)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(guò)進(jìn)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(dú)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(duì)鎢中氘起泡行為的影響，再對(duì)這些氘泡進(jìn)行FIB切割斷面結(jié)構(gòu)分析。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]金屬材料中氦泡研究的概述[J]. 趙安宇,程揚(yáng)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(yáng)名.  浙江冶金. 2018 (03)
[3]鎢中氘氦行為的高分辨熱脫附譜實(shí)驗(yàn)方法研究[J]. 傅青偉,程龍,王軍,袁悅,呂廣宏.  原子能科學(xué)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(jiǎn)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(jìn)展[J]. 王維,葉小球,陳長(zhǎng)安,李強(qiáng),金偉,楊勇彬,高濤.  材料導(dǎo)報(bào). 2017(09)
[6]中能高濃度氦離子注入對(duì)鎢微觀結(jié)構(gòu)的影響[J]. 郭洪燕,夏敏,燕青芝,郭立平,陳濟(jì)紅,葛昌純.  物理學(xué)報(bào). 2016(07)
[7]國(guó)際熱核試驗(yàn)堆第一壁材料的研究進(jìn)展[J]. 丁孝禹,李浩,羅來(lái)馬,黃麗枚,羅廣南,昝祥,朱曉勇,吳玉程.  機(jī)械工程材料. 2013(11)
[8]聚變堆中面向等離子體材料的研究進(jìn)展[J]. 張小鋒,劉維良,郭雙全,姜林文.  科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào). 2010(03)



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