氦离子辐照下钨纳米丝的自保护行为

doi:10.11901/1005.3093.2019.196

材料研究学报

2019, Vol. 33

Issue (11): 809-814 DOI: 10.11901/1005.3093.2019.196

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氦离子辐照下钨纳米丝的自保护行为

吴良,范红玉(

),倪维元(

),许洋,鲍森,张雨薇,周思倩,牛金海

大连民族大学物理与材料工程学院大连 116600

Self-protection Performance of Nano-fuzz Formed on W-plate Surface Due to He⁺ Irradiation

WU Liang,FAN Hongyu(

),NI Weiyuan(

),XU Yang,BAO Sen,ZHANG Yuwei,ZHOU Siqian,NIU Jinhai

School of Physics and Material Engineering, Dalian Minzu University, Dalian 116600, China

引用本文:

吴良,范红玉,倪维元,许洋,鲍森,张雨薇,周思倩,牛金海. 氦离子辐照下钨纳米丝的自保护行为[J]. 材料研究学报, 2019, 33(11): 809-814.
Liang WU, Hongyu FAN, Weiyuan NI, Yang XU, Sen BAO, Yuwei ZHANG, Siqian ZHOU, Jinhai NIU. Self-protection Performance of Nano-fuzz Formed on W-plate Surface Due to He⁺ Irradiation[J]. Chinese Journal of Materials Research, 2019, 33(11): 809-814.

全文: PDF(1809 KB) HTML

摘要:

采用低能量(200 eV)大流强的He⁺辐照多晶钨材料，辐照温度为1023 K和1373 K，辐照剂量为1.0×10²⁵~1.0×10²⁶ ions/m²。用称重、扫描电子显微镜、导电原子力显微镜等手段分析辐照后钨材料的质量损失、表面形貌和内表面缺陷分布，研究了刻蚀速率与表面形貌的关系。结果表明，具有粗糙钨纳米丝表面的钨样品刻蚀速率只有平滑表面的30%。其原因是，在大流强He⁺辐照下钨表面纳米丝的形成阻碍钨原子的溅射。这也意味着，钨纳米丝表面的形成可作为钨材料的自保护结构层，抑制ITER相关辐照下的强刻蚀。

关键词 ：金属学, 纳米钨丝, 辐照, 自保护

Abstract：

Polycrystalline tungsten (W) plate has been irradiated with low-energy (200 eV) and large-flux He⁺ with the fluences of 1.0×10²⁵-1.0×10²⁶ ions/m² at elevated temperatures of 1023 K and 1373 K in a vacuum chamber of 30 Pa. The mass loss, surface morphology and defects distribution of irradiated W plate were characterized by means of weighing method, scanning electron microscope and conductive atomic force microscope. The results show that the erosion rate of cellular- or nano-fuzz-like areas is lower than 30% of that for the smooth areas on W plate surface. W nano-fuzz can keep the sputtered W atoms from escaping from the surface during large-flux He⁺ irradiation. The W nano-fuzz can act as a self-protective barrier on W-surface against the strong surface erosion under ITER relevant He⁺ irradiation conditions.

Key words： metallography tungsten nano-filaments irradiation self-protection

收稿日期: 2019-04-12

ZTFLH:

TG14

基金资助:国家自然科学基金(11405023);国家自然科学基金(21573035);辽宁省自然科学基金(20180510006);大连市青年科技之星(2017RQ149);国家级大学生创新创业训练(G201912026057);大连民族大学“太阳鸟”学生科研项目(2019287)

作者简介: 吴良，男，1997年生，本科生

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链接本文:

https://www.cjmr.org/CN/10.11901/1005.3093.2019.196 或 https://www.cjmr.org/CN/Y2019/V33/I11/809

图1 温度为1023 K时不同He+剂量辐照后钨样品表面的SEM照片

图2 温度为1373 K时不同的He+剂量辐照后钨样品表面的SEM照片

图3 温度为1373 K时 He+辐照剂量为1.0×1026 ions/m2时钨样品截面的SEM照片和蜂窝层或钨纳米丝层的厚度与辐照剂量的关系

图4 用导电原子力显微镜分析辐照温度为1023 K时不同He+剂量辐照后钨表面的形貌和缺陷电流分布图像

图5 W的质量损失和溅射产额与He+剂量的关系

图6 W纳米丝层的自保护机制示意图

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