核聚变壁材料的微结构对其辐照行为的影响研究

基于先进的微观组织结构和晶体学取向测试方法，定量研究核聚变第一壁W材料的微结构，获得W材料的晶粒尺寸、晶界特性和晶粒取向信息，在此基础上，研究不同晶粒尺寸、晶界特性和晶粒取向对W材料辐照后起泡行为的影响规律，揭示晶粒尺寸、晶界特性和晶粒取向对W材料起泡行为的影响机理，为第一壁W材料的制备提供理论指导，该研究具有较大的理论意义和实际意义。

项目利用扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）和透射电子显微镜（TEM）等技术对轧制钨、再结晶钨和表面研磨处理钨等材料的显微组织结构进行了表征，并利用这些材料进行等离子体辐照实验，研究了微观组织结构对于辐照表面形貌的影响。在此基础上，进一步研究了钨辐照表面形貌产生的微观机理。. 通过研究主要得到以下结论：1.低能高束流D等离子体辐照钨材料，表面形成大量气泡。气泡形成与钨的晶粒取向有关，近{111}取向晶面形成了大量的气泡，而近{001}取向晶粒形成的气泡较少；晶界和界面可有效捕获D，导致D的富集，但三叉晶界和相界强度低，D富集形成的高气压使晶界和相界容易发生破裂。 2.在低能高束流D辐照钨表面，首次观察到纳米泡的形成。材料中的高浓度缺陷对纳米泡的形成具有促进作用。纳米泡在近{111}取向晶粒内为三角形，在近{001}取向晶粒内为海绵状，在其余取向为条带状，具有显著的取向依赖性。 3.对高束流密度条件下钨表面起泡机理的研究发现，高束流密度D等离子体在钨表面约30nm范围内产生大量空位型缺陷，形成过饱和空位。受过饱和空位的影响，纳米泡以空位团簇机制形成，为均匀形核的过程。当空位团簇形成空洞或微孔洞等不可饱和缺陷(unsaturable trap)后，过饱和D形成的高应力，将使纳米泡以塑性变形机制长大。气泡以塑性变形机制形成。高束流密度D等离子体在钨表面形成过饱和D，产生高应力，导致表层材料变形，形成气泡。