鎢因其優(yōu)良的材料性能成為最具潛力的第一壁材料。托卡馬克裝置運(yùn)行過程中,第一壁材料濺射出的雜質(zhì)鎢原子會(huì)進(jìn)入刮削層甚至中心等離子體,導(dǎo)致功率損耗甚至等離子體破裂,影響裝置的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行;鎢會(huì)再沉積到第一壁壁材料表面,形成刻蝕-再沉積循環(huán),影響材料表面形貌和滯留性能。同時(shí)滯留在再沉積層/壁材料中的氫同位素會(huì)影響等離子體密度控制和燃料燃燒效率,而具有放射性的氚也會(huì)影響裝置的核安全。本文基于離子束注入深度標(biāo)記物技術(shù),利用中國(guó)國(guó)家大科學(xué)裝置東方超環(huán)EAST上搭載的材料與等離子體分析平臺(tái)（Material And Plasma Evaluation System,MAPES）和韓國(guó)國(guó)家聚變實(shí)驗(yàn)裝置KSTAR上的偏濾器材料實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展輻照實(shí)驗(yàn)。通過國(guó)際合作,利用多種分析手段對(duì)輻照后的標(biāo)記鎢材料進(jìn)行表征,定量研究軋制鎢刻蝕行為,以及氫同位素在鎢中滯留行為。首先,在EAST上研究鎢材料輻照性能變化。電火花切割表面更容易沉積裝置內(nèi)的雜質(zhì)元素,材料表面沉積了裝置內(nèi)的鉬、銅、碳等元素。隨著輻照時(shí)間的延長(zhǎng),氘滯留量增加,所有樣品第一條脫附峰溫度略高于輻照基底溫度,并且發(fā)現(xiàn)一條溫度為1070K的高溫脫附峰。短時(shí)間累積輻... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?ＩＴＥＲ裝置設(shè)計(jì)圖［４］??３??

?第１章引言???式得出，注入的氫通量在給定深度ＲＰ出產(chǎn)生的氫濃度為??中一皂＝－０％?（１１°??４．氫的捕獲和脫附??晶格中的缺陷對(duì)氫有捕獲作用，通過平衡氫在缺陷中和溶液中的化學(xué)勢(shì)，??得到了其熱力學(xué)平衡的條件，對(duì)于靜態(tài)缺陷，統(tǒng)計(jì)力學(xué)給出了一個(gè)氫原子的??平衡條件??其中氫在溶液中的濃度為Ｃ，，氫在缺陷中的濃度為Ｇ?（ＪＣ，ｆ），ＣＴ（ｘ）為缺??陷的濃度，＆為氫在缺陷和溶液中的能差，ｋ是玻爾茲曼常數(shù)，Ｔ是溫度，??ｚ是每個(gè)主晶格原子的溶液點(diǎn)位數(shù)。圖１．２顯示氫在鎢中的能級(jí)情況。??溶解在材料中的氫原子在表面通過再?gòu)?fù)合（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）形成氫分子??而脫附出去，氫在表面的脫附通量人可以用下面的公式表示??Ｊｒ?＝?ｋｒｃ２?（１．１３）??其中，心是表面復(fù)合率，Ｃ為氫在材料近表面的濃度。??Ｉ?Ｉ?Ｙ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??２－?Ｈ?ｉ?－??Ｌ．?＼?／ＶｍＡ．，．ＡＡ??＼?Ｉｑ?Ｖａｃａｎｃｙ??Ｊ?．?Ｓｕ＾ａｃｅ???Ｐｏｓｉｔｉｏｎ??圖１．２氫在鎢中能級(jí)示意圖ｔ１１】??１．５鎢材料中不同來源缺陷對(duì)氫同位素滯留影響??材料晶體中的晶格缺陷比正常晶格的捕獲能更高，因此注入材料中的粒??子會(huì)優(yōu)先被缺陷捕獲，這是入射粒子被捕獲和滯留的主要物理機(jī)制。此外，??９??

（１）鎢材料加工過程中產(chǎn)生的缺陷，這跟晶??體微觀結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系；（２）等離子體輻射導(dǎo)致的損傷缺陷；（３）中子??輻照導(dǎo)致的損傷缺陷等［２９］。下面將分別介紹不同來源缺陷對(duì)氫同位素滯留的??影響。??材料加工過程中產(chǎn)生的缺陷通常包括位錯(cuò)、孔洞和空位等。氫同位素注??入到材料以后，通常被其內(nèi)部缺陷所捕獲，如位錯(cuò)和空位，充當(dāng)表面起泡的??形核中心Ｍ，當(dāng)捕獲的氫積累到一定濃度后，材料內(nèi)部便形成氫泡，嚴(yán)重影??響材料性能。材料內(nèi)的缺陷種類和密度與材料內(nèi)的微觀結(jié)構(gòu)有很大關(guān)聯(lián)。??！??圖１．２?（ａ）用電子背散射（ＥＢＳＤ）圖譜給出的大晶粒鎢（ＬＧＷ?￣４０嘩）和小晶粒鎢??（ＳＧＷ？２〇ｎｍ）樣品的微觀結(jié)構(gòu)和晶粒朝向分析；（ｂ）再結(jié)晶鎢（ＲＥＣＷ）和單晶鎢??（ＳＣＷ）的掃描電鏡（ＳＥＭ）圖［３１＿３２］??Ｂｕｚｉ?Ｌ等［３１＿３２：１分別對(duì)不同晶粒尺寸的多晶鎢和單晶鎢進(jìn)行氘離子輻照??實(shí)驗(yàn)，其表面晶粒如圖１．３所示。通過比較掃描電鏡（ＳＥＭ）和熱脫附譜（ＴＤＳ）??結(jié)果表明大晶粒鎢在輻照后表面出現(xiàn)尺寸相對(duì)較大氫泡，且氘滯留總量與起??泡現(xiàn)象有很大的相關(guān)性：當(dāng)表面出現(xiàn)起泡時(shí)氘滯留總量相對(duì)較大，當(dāng)無起泡??現(xiàn)象時(shí)，則氘滯留量相對(duì)較��；ＴＤＳ結(jié)果表明小晶粒鎢脫附峰溫度比大晶粒??鶴高（？１００Ｋ），原因可能是小晶粒鶴的晶界密度更高，晶界處的固有缺陷??相對(duì)更多，增加了捕獲點(diǎn)數(shù)量；再結(jié)晶鎢樣品表面在低離子束流輻照條件下??出現(xiàn)直徑為１０－２（Ｈｉｍ平臺(tái)狀氫泡，且氫泡沿著晶界發(fā)展，之前的研宄表明不??規(guī)則的晶界及位錯(cuò)線上的扭結(jié)和割階都有可能成為氘的聚集點(diǎn)和起泡的形??１０??


本文編號(hào)：3320978