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    氦離子輻照對鎢納米絲穩定性的影響

    1119   編輯：中冶有色網   來源：胡瑞航,楊貞,雷齊俊,李昕洋,董子宇,張曉彤,范紅玉,牛金海  
    2024-04-11 16:06:14
    自2006年首次報道與聚變相關的He離子輻照下金屬鎢(W)表面生長W納米絲結構以來[1]，與W納米絲相關的研究工作成為等離子體材料輻照損傷領域的研究熱點[2,3] W納米絲，是在高溫下將He離子注入到W中生成的納米纖維狀結構 W納米絲相互交聯，在聚變堆偏濾器靶板上形成多孔的微結構使偏濾器部件傳熱性能降低，同時影響在邊界局域模(ELM)條件下誘導的溫度分布[4] 因此，研究W納米絲的形成機制及其在不同輻照參數下的穩定性對偏濾器部件的優化設計以及W基面向等離子體材料的發展有重要的意義 大量研究結果表明，在900~2000 K范圍內大于30 eV的He離子能量才能在W表面產生W納米絲結構層[5~7] 輻照參數的影響使W納米絲直徑的量級為幾十至幾百納米，W納米絲層的厚度為幾十納米至幾微米[4] W納米絲的生長過程，與給定溫度下He離子輻照劑量密切相關[8] He泡驅動的W納米絲生長機制，已被廣泛接受[9~13] 注入的He原子在多晶W晶格間隙中擴散、聚集形成He團簇并在W表層產生He納米氣泡 He泡的長大擠壓周圍的W原子，產生間隙W原子并擴散，從而改變多晶W結構[9,10] W體相中He泡的生長非常緩慢，但是不斷增加的He泡內壓使He泡向W表面擴散并在表面破裂 這種情況，使W表層的表面積增加并促進W納米絲的生長 W納米絲通過纖維尖端向外生長，W納米絲層厚度的不斷增大使He離子注入到W體相中的概率降低，從而影響了W納米絲的生長速度[11~13] 本文研究W納米纖維在He離子輻照過程中的不穩定性 1 實驗方法 輻照實驗用多晶鎢方片的尺寸為10 mm×10 mm×2 mm，純度高于99.5% 輻照前對W片進行機械拋光，使其表面粗糙度小于0.1 μm 將拋光后的W片在1373 K真空(真空度為1.0×10-4 Pa)退火2 h 在大功率材料輻照實驗平臺上用He離子輻照多晶W生成W納米絲 實驗時，將高純He通入平臺的真空腔室內，用頻率為2 MHz的射頻電源耦合在石英管內產生高密度的He等離子體[14] 在樣品上施加-30 eV負偏壓，以控制He離子能量為50 eV 放電功率為9.5 kW，離子流強為1.7×1022/m2·s，輻照劑量為8.0×1025/m2，輻照溫度為1500 K 在該條件下多晶W表面生成均勻的納米絲層結構，其厚度為3.6 μm 在低功率材料輻照實驗平
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    氦離子 鎢納米絲
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