核聚变堆面向等离子体材料中辐照空位对氢、氘原子的捕获机制

This project will investigate the interaction between hydrogen, helium and irradiation defects in the plasma facing materials. This work is not only important for the developmeng of fusion reactor, but also helpful to understand the detail behavior of crystal defects in materials. This kind of research activities are mainly focused on the computer simulation, lack of experimental results. The present proposal will use ion accelerator to introduce ions of hydrogen, deuterium or helium into the materials, and then carry out electron irradiation by high voltage electron microscope. The content of this research include the distribution of hydrogen, deuterium or helium in tungsten, the combination of these gas atoms with vacancy defects, and the trapping state of these gas atoms. The machenism of bubble formation in tungsten-cupper materials will be analyzed. The result of the work will provide the basis of disigning the plasma facing materials in fusion reactors.

研究以钨为主要对象的面向等离子体材料中的氢、氦原子与辐照缺陷的相互作用，不仅对于核聚变反应堆的研究开发十分重要，也将为加深理解材料中的缺陷行为提供理论基础。对于这一领域的工作，目前较多的研究报告在于计算机模拟研究，比较缺乏实验结果的支持。本项目将利用离子加速器对材料进行氢、氘、氦等离子的辐照，然后利用超高压电子显微镜进行电子辐照，分析研究氢、氘、氦离子在钨中的分布、与空位点缺陷的结合以及聚集状态，同时分析钨铜梯度材料中氢泡和氦泡的形成机制。本研究结果将为开发设计面向等离子材料提供理论基础。

作为核聚变堆面向等离子体材料，常选用抗溅射性能好的钨，并采用导热性好的铜作为热沉材料，从而制成钨铜梯度材料。本课题以钨、铜为研究对象，研究氢、氦离子辐照下的缺陷行为。利用高压电镜的电子束辐照，分析了钨中产生点缺陷的加速电子阈值。同时，通过氦离子辐照钨，分析了钨中氦泡的形成规律以及位错对氦泡的影响。关于钨铜梯度材料中的铜的辐照性能，从铜的孪晶晶界面的角度，进行了详细的分析。研究发现，加速电压为1000keV的电子辐照不会在钨中形成位错环。氢离子辐照钨后产生的位错环的柏氏矢量均为b=1/2<111>型的位错环，没有发现<001>型位错环，而在铁离子辐照钨中，则观察到了<100>型位错环。还有，对铜的{111}孪晶的孪晶界分析，氦离子注入形成的氦泡分布规律几乎不受孪晶界的影响，从而可以认为孪晶界对辐照缺陷的影响作用可能微乎其微。在辐照温度大于1273 K时，部分氦泡还出现了一维有序化，即：成串排列。在辐照温度为1473 K时，出现许多氦泡修饰位错环/位错线的情况。