氦离子注入钨中气泡的形成及演化行为研究

摘要

高Z材料钨（W)因其熔点高、抗溅射能力强、不与H反应，以及低的氚滞留率、寿命长等特点成为面向等离子体材料的候选材料。然而，在聚变堆的实际运行中，氘氚反应生成的氦离子（3.5 MeV），会导致钨材料发生辐照肿胀和变形。因此，研究氢氦离子与钨的相互作用对聚变堆材料的概念设计非常必要。 本论文主要研究多晶钨材料中氦气泡的形成及演化行为。实验采用离子注入的方式将氦离子注入到表面抛光好的多晶钨样品中，而后利用扫描电子显微镜、原子力显微镜等分析测试手段对注入前后样品的表面微观形貌进行表征，以研究辐照剂量，抛光方式，晶粒取向与钨中氦气泡的关系。以下是本工作得出的四条结论： （1）实验使用的多晶钨样品具有层状结构，层状结构的产生是由于粉末冶金法制备高纯钨时采用热轧工艺产生的，晶粒的挤压变形是轧制过程中的高压导致的。 （2）当氦离子能量为18 keV时，随着辐照剂量的增加，钨样品表面的粗糙度、肿胀高度、气泡尺寸都会随之增加。但气泡尺寸将会在1.80剂量时达到最大，继续增大剂量会导致气泡破裂； （3）氦离子注入后的结果表明，对于电解抛光的样品，所形成的气泡的大小及分布较机械抛光的样品规则，这表明机械抛光会使得材料表面产生损伤，并引入新的局部应力。 （4）实验发现，气泡的分布、尺寸、密度在不同的晶粒中差异明显。这表明晶格取向对气泡的分布具有影响。

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