【摘要】：鎢由于其高熔點、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,會導(dǎo)致金屬材料的微觀結(jié)構(gòu)演化,并進一步改變其使用性能,從而會影響聚變堆的穩(wěn)定運行。因此,對鎢進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)用價值。本文采用空心陰極法產(chǎn)生高密度氦等離子體對純W進行低能高通量氦輻照實驗。通過改變氦注入劑量來研究低能高溫高通量下純鎢表面形貌的變化過程,結(jié)果表明:低能高溫高通量氦輻照會導(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,當氦注入劑量足夠大時,三種表面形貌最終都會被納米絨毛取代。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,表面沒有發(fā)生氧化。同時通過改變氦輻照的入射電壓來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有很大差別。本文同時對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)合表征手段對氦輻照后鎢以及納米絨毛的力學(xué)性能進行了研究,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,通過測試不同氦注入劑量試樣在350 nm-600 nm波長范圍內(nèi)的表面散射率來研究納米絨毛對光的吸收率,結(jié)果表明氦輻照后所形成的納米絨毛表面對紫外-可見光波段吸收率較高。最后通過采集330V電壓下非空心陰極下氦輻照過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,對氦輻照時純鎢表面的濺射進行了研究,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。在本文實驗中,氬穩(wěn)定放電過程中鎢的表面濺射比氦穩(wěn)定放電過程中鎢的表面濺射要明顯。在本項目中通過對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,深入認識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驗證據(jù),加深了輻照損傷對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)堆地安全運行提供參考。
【圖文】：

氦離子輻照對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大，隨著局域處氫濃度的增加，氫還將會擴散至材料內(nèi)逡逑部從而導(dǎo)致氫脆，嚴重影響材料的使用性能。還有些氫原子或離子會在缺陷處形成分子，逡逑形成小的氫氣泡。小的氣泡經(jīng)過遷移、聚集、長大，會使材料表面起泡（如圖１．邋２所示）逡逑Ｍｍｍ＃。ＡＨｍ0ｖ等人Ｍ也證實了這一實驗結(jié)果。研究者們還研究了輻照溫度對氫逡逑泡的影響，研究發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，氣泡尺寸逐漸增大，且當溫度過高（１０００邋Ｋ）時，逡逑沒有明顯的氣泡產(chǎn)生，研宄者們認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)當粒子注量較低時（＜ｌＭ０２４邋Ｄ／ｍ２），，滯留量會隨著粒逡逑子能量的增大而增大，需要說明的是，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為：高逡逑５逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL627

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本文編號：2606541