氫、氦離子注入鎢中氣泡的形成及演化行為研究.pdf

1、分類號：分類號：O571.33密級：密級：公開公開研究生學位論文論文題目（中文）論文題目（中文）氫、氦、氦離子離子注入鎢中氣泡注入鎢中氣泡的形成的形成及演化及演化行為研究行為研究論文題目（外文）論文題目（外文）Investigationofbubblesbehaviintungstenbyhydrogenheliumimplantation研究生姓名研究生姓名徐曉輝徐曉輝學科、專業(yè)學科、專業(yè)物理學物理學粒子物理粒子物理與原子核物理與原子

2、核物理研究方向研究方向射線射線與物質(zhì)相互作用與物質(zhì)相互作用學位級別學位級別碩士導師姓名、職稱導師姓名、職稱王鐵山王鐵山教授教授論文工作論文工作起止年月起止年月20142014年9月至月至20172017年6月論文提交日期論文提交日期20172017年5月論文答辯日期論文答辯日期20172017年5月學位授予日期學位授予日期校址：甘肅省蘭州市校址：甘肅省蘭州市I氫、氦、氦離子離子注入鎢中氣泡注入鎢中氣泡的形成的形成及演化行為研究及演化行為

3、研究中文摘要中文摘要隨著國際熱核聚變實驗堆（InternationalThermonuclearExperimentalReact，ITER）項目的啟動，聚變能的開發(fā)利用已成為國際上的一大趨勢，而鎢基材料由于具備高熔點、低氫同位素溶解度以及低濺射率等優(yōu)點被選為聚變堆第一壁部件偏濾器的候選材料。然而，在聚變堆運行過程中，第一壁材料必然會遭受長時間載能氫、氦離子的輻照，對材料的性能及使用壽命產(chǎn)生不利影響，例如材料面臨的氫脆、氦脆等問題。因此

4、，研究氫、氦離子在鎢基材料中的行為，對聚變堆面向等離子體材料的研發(fā)是至關重要的。為研究氫、氦氣泡的形成及其演化行為，本研究主要采用離子注入的方式將氫、氦離子注入到金屬鎢中，利用透射電子顯微鏡（TransmissionElectronMicroscope，TEM）和掃描電子顯微鏡（ScanningElectronMicroscope，SEM）等觀測手段對注入后的微觀形貌變化進行表征，研究了鎢中氣泡的行為與注入劑量、束流強度、離子能量和退火

5、溫度的關系；同時，為了得到氦離子注入后所形成微觀結構的內(nèi)部信息，本實驗對輻照后的樣品進行了聚焦離子束（FocusedIonBeam，F(xiàn)IB）切割；最后，討論了電解拋光與機械拋光對于樣品表面的損傷情況。通過這一系列的工作得到以下幾條結論：(1)室溫下，能量為18keV的H3注入到鎢的薄膜樣品中，當注入劑量達到1.51018ionscm2時出現(xiàn)了實驗上可觀測到的氫氣泡，直徑約1.0nm，并隨著注入劑量的增加而長大；(2)在注入劑量一定的情況

6、下，鎢中氫氣泡的尺寸隨著輻照時束流密度的升高而增大，最終趨于穩(wěn)定；(3)真空快速退火結果表明：退火溫度為400℃時，氣泡大小并沒有明顯變化，當退火溫度升高到600℃時，氣泡開始生長，而且隨著溫度的持續(xù)升高尺寸變化更加顯著。(4)初步實驗表明：5keV能量的氫離子注入時，所產(chǎn)生氣泡的平均直徑較小，而隨著能量的升高，氣泡尺寸有增大趨勢，而當氫離子能量超過7.5keV后，氣泡大小幾乎不再變化。(5)為了研究氦離子對多晶鎢的影響，利用能量為18