载能氢、氘离子在钨中的沉积行为及其辐照损伤研究

摘要

核能的开发是人类永久解决能源问题的必然选择。随着国际热核实验堆（ITER）的设计和研发，聚变材料日益引起人们的重视。钨基材料是聚变堆偏滤器的主要候选材料，因此，研究钨基材料因氢离子辐照引起的微观结构和性能变化显得至关重要。
　　本工作主要研究了氢在钨材料中的沉积及对钨材料的辐照损伤效应。其一，将能量为20keV/D，注量率为3.0×1014D/（cm2s）的离子注入到钨中，注入过程中，通过记录出射质子产额，研究钨中氘浓度随注量的关系；并在某些注量点用能量为75keV/D，流强为0.6μA的束流监测。在停束后，进行两轮不同注量和不同能量的氘离子注入，探究氘浓度随辐照损伤的变化。在样品放置一年后和两年后，分别利用弹性反冲核分析和二次离子质谱分析方法研究静态氘浓度变化情况。其二，将能量为10keV,不同流强的质子注入到钨中，注量范围为1015-1018H/cm2。通过原子力显微镜（AFM）、电子扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察辐照前后样品的表面形貌，分析辐照损伤引起的气泡成形、生长到破裂的演变过程随注量和注量率的变化关系。结合两方面的研究，讨论了气泡形成对氘浓度的影响。
　　根据以上的研究，得到结论如下：
　　（1）20keV/D的氘离子注入时，沉积在钨中的饱和氘浓度为nD/nW=44.0±2.7(at.％)，达到饱和时的临界注量为1.54×1018D/cm2。
　　（2）低能量（5-13keV）氘离子的注入，对样品的损伤程度比较大，辐照损伤改变了氘离子在损伤区域的扩散系数。
　　（3）样品搁置一年后，随深度不同所沉积的氘浓度在2-4at.%之间波动，在110nm附近出现峰值。
　　（4）10keV的质子注入钨中，表面气泡尺寸随注量的增大而增大。注量为5×1017cm-2时，SEM所观察到的气泡尺寸大小约为3μm。
　　（5）注量率是影响气泡大小的一个重要因素，气泡大小随注量率的增大而增大。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 研究背景

1.1 研究意义

1.2 国内外研究动态

1.3 本论文研究内容

第二章 理论基础

2.1 氢同位素在钨中的沉积过程

2.2 辐照损伤

2.3 离子与物质相互作用

2.4 D-D核反应截面与产额

第三章 实验设备与方法

3.1 样品准备

3.2 氘浓度分析方法

3.3 氘离子注入及动态氘浓度分析实验

3.4 静态氘浓度分析实验

3.5 质子注入实验

3.6 样品表征方法及设备

第四章 结果分析与讨论

4.1 氘注入钨中的实验结果与分析

4.2 质子注入钨中的实验结果与分析

4.3 氢离子辐照损伤及沉积行为分析

第五章 总结与展望

5.1 实验总结

5.2 工作展望

参考文献

在学期间研究成果

致谢