Zr基金屬玻璃和金屬鎢的強流脈沖離子束輻照研究.pdf

1、面向等離子材料的輻照損傷問題是核聚變裝置中最迫切需要解決的問題之一。核聚變裝置中面向等離子體材料所承受的輻照包括強熱輻照和聚變等離子體輻照等。強流脈沖離子束具有瞬時、高熱等特點，可以用于模擬核聚變裝置中等離子體不穩(wěn)定性造成的瞬態(tài)高熱負(fù)荷環(huán)境和檢驗材料的輻照抵抗性能。本文利用強流脈沖離子束模擬核聚變裝置中的瞬態(tài)高熱負(fù)荷環(huán)境，對Zr55Al10Cu30Ni5、Zr53Al23.5Cu5.9Co17.6金屬玻璃和金屬鎢進(jìn)行輻照處理，研究不同參

2、數(shù)的強流脈沖離子束輻照下非晶材料和晶體材料的結(jié)構(gòu)和性能的變化規(guī)律，為尋找具有優(yōu)異的耐輻照性能的材料提供參考。
　　本文采用強流脈沖離子束成分為Cn+(70％)和H+(30％)、加速電壓為250kV，包含相同脈沖次數(shù)不同能量密度(0.25J·cm-2、0.7J·cm-2、1.4J·cm-2、2.0J·cm-2)和不同輻照次數(shù)（3次、10次、100次、300次）相同能量密度兩組。利用X-射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和納米

3、壓痕儀等分析了不同參數(shù)的強流脈沖離子束輻照后金屬玻璃和金屬鎢的微觀結(jié)構(gòu)、表面形貌、力學(xué)性能的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明:
　　兩種Zr基金屬玻璃均具有較好的非晶穩(wěn)定性，在不同參數(shù)下的強流脈沖離子束輻照后均保持非晶為主要結(jié)構(gòu)。只有當(dāng)輻照次數(shù)較多（300次）時，Zr55Al10Cu30Ni5金屬玻璃表面才出現(xiàn)少量的面心立方相Zr2Ni納米晶結(jié)構(gòu)。金屬鎢也具有穩(wěn)定相結(jié)構(gòu)，不同參數(shù)的強流脈沖離子束輻照后均未發(fā)生明顯的相變。
　　強流脈沖

4、離子束輻照時會在材料內(nèi)部缺陷處積累應(yīng)力，金屬鎢的缺陷主要在晶界處，當(dāng)能量密度為0.25J·cm-2、輻照次數(shù)達(dá)到或超過100次后，積累的應(yīng)力在金屬鎢內(nèi)部晶界處釋放使其表面出現(xiàn)了裂紋;當(dāng)輻照次數(shù)為3次、能量密度達(dá)到或超過1.4J·cm-2后，金屬鎢表面因猛烈的應(yīng)力釋放出現(xiàn)了裂紋和脫落等輻照損傷現(xiàn)象。與之相比，同參數(shù)下的兩種Zr基金屬玻璃材料表面則沒有出現(xiàn)類似的輻照損傷現(xiàn)象，這主要是因為金屬玻璃是非晶結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部存在許多間隙，且在各方向均勻