氘在碳-鎢混合材料中的滯留特性研究.pdf

1、由于碳材料具有（石墨和C/C復(fù)合材料）熱力學(xué)性能好、升華溫度高、與等離子體良好的相容性以及鎢材料具有熔點(diǎn)高、濺射率低、不與D和T發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、D和T滯留極低的特點(diǎn)，在現(xiàn)有的托卡馬克裝置中（如日本的JT-60U、德國(guó)的ASDEX-U、美國(guó)的DⅢ-D等）很多用碳和鎢做面壁材料（最重要的是偏濾器，用于排除能量和雜質(zhì)，以免對(duì)第一壁造成嚴(yán)重?fù)p傷），未來ITER（國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆）和商用聚變堆的安全穩(wěn)態(tài)運(yùn)行對(duì)氫同位素的滯留要求會(huì)異常嚴(yán)格，國(guó)際上廣

2、泛開展了關(guān)于氫同位素在碳鎢材料中的滯留行為的數(shù)值模擬研究和實(shí)驗(yàn)研究。
　　目前，國(guó)際上對(duì)氘在純碳和純鎢材料中的滯留行為研究得比較多，得出了許多重要的結(jié)論，而對(duì)氘在碳鎢混合材料中的滯留行為研究得還不完全和深入，一些研究結(jié)果差異很大。為此我們運(yùn)用射頻磁控濺射方法在氘氬混合氣氛中制備了含氘碳鎢共沉積薄膜層，并且利用離子束分析方法[盧瑟福背散射(RBS)和彈性反沖(ERD)]對(duì)薄膜樣品的厚度、成份、氘含量等進(jìn)行了分析研究;之后用拉曼光譜、

3、XRD和掃描電子顯微鏡(SEM)，分別分析了薄膜的結(jié)構(gòu)和表面形態(tài);最后用熱脫附譜方法(TDS)進(jìn)一步分析了樣品中氘釋放峰的位置以及含量。得出了以下一些有價(jià)值的結(jié)論:
　　1.離子束分析發(fā)現(xiàn)，氘原子更易被碳原子捕獲位捕獲，碳含量的減少會(huì)顯著減少氘的滯留量，并且氘濃度會(huì)隨著沉積溫度的升高而降低。
　　2.其他鍍膜條件固定的情況下，不同混合氣體壓強(qiáng)下薄膜樣品中的氘濃度在5.0Pa處有一個(gè)峰值。
　　3.拉曼光譜分析顯示，沉積

4、溫度從室溫升高到725K時(shí)，碳鎢共沉積層中的石墨化成分增加，同時(shí)非晶化的程度也加劇。
　　4.掃描電子顯微鏡圖像表明，隨著溫度的升高薄膜表面被腐蝕的痕跡消失，但是由于應(yīng)力的改變表面出現(xiàn)了多處的凸起。
　　5.X射線衍射分析表明在含氘碳鎢共沉積薄膜表面沒有形成明顯的W和W2C相存在，并且薄膜中的石墨化成分隨著溫度升高而增加，后面這個(gè)結(jié)論進(jìn)一步證實(shí)了拉曼譜的分析結(jié)果。
　　6.熱脫附譜顯示氘主要以D2、HDO、HD和D2O