等离子体辐照效应对钨材料表面改变的研究

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1、中文图书分类号：TL64+2密级：公开UDC：620学校代码：10005工程硕士学位论文M.E.DISSERTATION论文题目：等离子体辐照效应对钨材料表面改变的研究论文作者：李超领域：面向等离子体材料指导教师：王波教授于敦波高级工程师论文提交日期:2015年5月UDC：620学校代码：10005中文图书分类号：TL64+2学号：S201209104密级：公开北京工业大学工程硕士专业学位论文（全日制）题目：等离子体辐照效应对钨材料表面改变的研究英文题目：THEEFFECTOFTHEPLASMAIRRADIA

2、TIONONTUNGSTENSURFACECHANGE论文作者：李超学科：材料工程研究方向：面对等离子体材料申请学位：工程硕士专业学位指导教师：王波教授于敦波教授级高工所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究

3、所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：李超日期：2015年6月3日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：李超日期：2015年6月3日导师签名：王波日期：2015年6月3日摘要摘要可控热核聚变装置“托卡马克”以及未来核反应堆中材料的发展将是决定聚变能源能否成功应用的关键因素，尤其是面

4、向等离子体材料的发展。钨是一种具有国防战略意义的稀有金属材料，钨材料具有熔点高、硬度高、热导率高、膨胀系数小以及优异的机械性能，使得钨材料在国防、航空、光电材料等诸多领域有着广泛的应用。在面向等离子体材料的发展过程中，由于钨材料的溅射低、不会与聚变中等离子体发生反应、对氘氚等离子体有着较低的滞留率等优点，钨的涂层、块体材料以及合金材料已经成为最具发展前景的面向等离子体材料。钨材料在作为面向等离子体材料服役过程中要不断承受高能粒子的轰击来保护内部材料并排除15%的聚变反应热能。在极端的工作条件下，钨材料表面会出

5、现气泡、裂纹、熔蚀以及表面形貌改变等损伤，所以对钨材料进行等离子体辐照的研究在聚变领域具有重要的科研价值和工程应用价值，对新能源的开发具有深远意义。通过对MW-ECR装置的设计和改装后，使设备能够对钨材料以相对较大的等212离子体束流密度(约1.5×10/ms)进行长时间稳定的辐照实验。采用改装后的MW-ECR设备进行了He、Ar、H以及Ar/He混合等离子体的辐照实验。在不同等离子体辐照条件下进行辐照实验，探讨等离子体辐照条件对材料表面改变的影响。研究发现：改变等离子体束流密度和辐照剂量对钨样品的溅射损伤有

6、所影响，改变等离子体束流密度对样品溅射程度的影响比辐照剂量的影响更为突出；在混合等离子体辐照中对不同Ar/He气体的掺入比作为研究对象，研究发现随着混合气体中Ar气体比例的增加，样品表面因溅射引起的厚度损失量逐渐增加，但是当Ar气体含量超过约35%时，样品的表面的厚度损失量不会随着Ar气体含量的增加而增加。采用不同束密度氢等离子体对钨材料进行辐照，对不同辐照剂量的样品进行了表面形貌改变的分析并对比已有文献中氘等离子体辐照后的结果进行讨论，发现辐照后的样品表面不能够产生像氘等离子体滞留而产生的气泡，因辐照样品产

7、生的凸起的数量会随着辐照剂量的增加而增加。采用光纤光谱仪对不同等离子体辐照条件的钨原子、He离子、Ar离子等粒子谱线强度进行测试，研究发现在同样的He等离子体辐照条件下，实验开端钨样品并没有产生溅射，随着辐照剂量的积累钨样品才会产生溅射效果。通过对钨材料在等离子体辐照过程中损伤机理的研究，丰富了低能大束流密度等离子体辐照领域的研究，对未来钨基材料在聚变领域的研究和发展有着重要和长远的意义。关键词：面向等离子体材料；钨材料；等离子体辐照；表面改变-I-AbstractAbstractTherearetwokey

8、factorstosuccessfulfusionenergyapplication,especiallythedevelopmentofplasmafacingmaterials:controllablethermonuclearfusiondevice―Tokamak‖andthefuturedevelopmentofmaterialsinanuclearreactor.Tungstenisar