曲面氘化铍薄膜的生长机理与内应力产生机制研究

Beryllium deuteride is a reasonable candidate for fusion target ablator material in ICF research due to its non-crystalline, transparent, reduction of hydrodynamic instability, higher thermonuclear energy yield. However, beryllium deuteride film tend to crack or rupture in deposition process because of stress accumulation. Set investigated object as beryllium deuteride film deposited in curved substrate in this program, the deposition mechanism of curved beryllium deuteride film will be studied. Then we will analyze the origin of intrinsic stress and establish corresponding theoretical model. Control or elimination of the intrinsic stress in beryllium deuteride film should be achieved at last. The purpose of this program is to reveal the generation mechanism of intrinsic stress in curved beryllium deuteride film. This work will lay the theoretical foundations for preparing curved beryllium deuteride film with several hundred micrometers depth, which possesses large investigation significance and application value.

氘化铍具有非晶、透明、降低流体力学不稳定性、热核能量效率更高等优点，因此是惯性约束聚变（ICF）用靶丸烧蚀材料的优良选择。然而，由于应力作用，氘化铍薄膜在沉积制备过程中发生开裂或破碎难以避免。本项目以在类靶丸的曲面基底上沉积的氘化铍薄膜为研究对象，开展曲面氘化铍薄膜生长机理的研究，分析曲面氘化铍薄膜中内应力的来源并建立其理论模型，实现内应力的控制或消除。本项目旨在揭示曲面氘化铍薄膜中内应力的产生机制，为研制百微米级壁厚的氘化铍靶丸奠定理论基础，因此具有重要的科学意义和应用价值。

该项目取得的研究成果主要包括四方面的内容：. a）氘化铍薄膜结构的模拟模型。本研究是原定的研究计划。采用蒙特卡洛程序，通过随机插入和迁移的方法，建立了BeD2薄膜分子空间结构模型，模拟计算了弹性常数矩阵，计算了氘化铍分子吸附能。因氘化铍分子(BeD2)n（n=1,2,3,4）形式不确定，本研究确定了其中n的数值，是氘化铍薄膜理论模拟的重要基础。. b）氘化铍薄膜和粉末制备和性质研究。本研究是原定的研究计划，也有重要拓展。元素化学气相沉积法制备氘化铍薄膜只有在较早文献中有提及，没有具体制备工艺和性质研究，本部分研究是氘化铍薄膜制备方面的重要补充结果。氢氘置换方法制备氘化铍粉末的报道相对较少，本部分中研究了氘代压强对氘代率的影响，由重要的研究意义。. c）锂铍氘化物薄膜的制备研究。锂铍氘化物（主要是Li2BeD4）在储能方面有重要的应用前景，但目前可见的研究报道相对较少，本部分研究主要由项目负责人完成，材料费由本项目资助。本项目中研究了氘化温度和氘化压强的影响，是目前锂铍氘化物研究中相对较少研究的内容。. d）高纯铍材料制备。本部分研究是本项目的重要拓展方向，项目负责人是本研究内容的主要参与人，其中部分材料费、大部分测试费得到了本基金项目的资助。本研究中，主要通过多级真空蒸馏方法，摸清制备工艺，最终得到了杂质金属含量很低的铍样品。本研究是铍材料研究中的重要补充内容。