微纳米结构钨材料的氘等离子体辐照起泡行为

Tungsten and tungsten alloys are currently the candidate materials for the divertor of ITER and future fusion plants ( CFETR and DEMO)，grain boundary/interface plays an important role in tungsten’s mechanical behaviors and performances. But few investigations can be found about the effect of boundary/interface on the blistering behavior of tungsten exposed to deuterium plasma. This work will focus on the correlation of grain boundary/ interface and the blistering and deuterium retention behavior, by tailoring the boudary ratio, boundary character and boundary/ interface bonding strength of different grades of tungsten materials, with the aims of effect of boundary/interface on blistering and deuterium retention of tungsten materials under low energy high flux deuterium plasma exposure. Hopefully, it will benefit the exploration of blistering mechanism and micro structure optimization of tungsten materials for fusion.

钨及钨合金是托卡马克聚变装置中的面对等离子体部件的重要材料，晶界/界面对钨材料的力学性能和服役行为均有着重要的影响。但目前关于晶界/界面对钨材料在氘等离子体作用下的起泡行为研究不多。本研究从材料的晶界/界面特征出发，通过制备获得具有不同界面特征的微纳米结构钨材料，深入研究界面特征，包括界面比例、界面类型、界面结合强度等与钨材料表面起泡行为和氘滞留行为之间的关联，探索晶界/界面对氘在钨材料中的捕获、聚集和滞留及其相关的起泡行为的影响规律和机制。本研究对探索钨材料起泡机理，研制满足聚变堆用应用的具有良好综合性能的钨材料具有理论意义和实际意义。

钨及钨合金是托卡马克聚变装置中的面对等离子体部件的重要材料，晶界/界面对钨材料的力学性能和服役行为均有着重要的影响。但目前关于晶界/界面对钨材料在氘等离子体作用下的起泡行为研究不多。本研究通过对比具有不同界面特性的微纳米结构钨材料，包括轧制态纯钨、轧制后再结晶态纯钨、更高温度退火处理态纯钨、锻造钨、3D打印制备的W-ZrC材料经过辐照后的表面起泡行为和氘滞留行为之间的关联，探讨了晶界/界面对氘在钨材料中的捕获、聚集和滞留及其相关的起泡行为的影响规律和机制。经过研究分析比较，发现：.1）具有不同晶界/相界面特征的微纳米结构钨材料表面均形成了表面气泡和纳米泡状组织；相同辐照条件下，与纯钨材料相比：锻造态纯钨材料表面气泡尺寸小，局部出现爆破现象，与锻造态材料微观组织结构中大量亚结构及界面弱化有关；3D打印制备的ZrC掺杂钨材料表面气泡尺寸小，密度低，表现出较好的抗起泡能力，与ZrC对钨界面的强化和韧化作用有关；.2）同种试验条件下，按氘滞留总量比较，轧制钨＞再结晶钨＞高温退火处理钨，该关系与三种钨材料中氘的捕获缺陷的减小相关；按氘滞留量随辐照剂量变化的趋势比较，轧制钨＞再结晶钨，可见，轧制钨中的亚结构界面也可作为氘的捕获点及扩散通道，促进氘的扩散滞留。.本课题研究结果丰富了晶界/相界面对钨材料辐照起泡行为和氘滞留行为影响的实验数据，对聚变堆用钨材料的制备和开发可提供一定的参考。