氮/氘等离子体辐照钨第一壁材料服役行为研究
发布时间：2021-07-21 07:37
氮气通入聚变等离子体中能够显著降低边界等离子体辐射靶板的温度,提高等离子体的约束性能,降低聚变燃料离子在第一壁材料中的滞留量。氮气通入聚变等离子体中不可避免会造成氮与第一壁材料的相互作用。本文利用磁控溅射制备氮化钨膜,模拟聚变堆运行时在第一壁表面形成的再沉积氮化钨薄膜,并研究了它的微观结构和组成随温度的变化。与此同时,直线等离子体装置研究了氮化钨层对氘滞留行为的影响。同时研究了不同等离子体参数对氘泡的形成和氘滞留行为的影响。研究结果如下:1.以磁控溅射制备的氮化钨膜作为一个模拟系统,模拟研究聚变堆运行时在堆表面再沉积的氮化钨层的热稳定性。研究发现氮化钨薄膜在1073 K以下稳定存在,当温度高于1073 K时开始分解释放氮气。氮化钨薄膜从表面开始分解逐步向薄膜内部扩散,并且氮脱附后在薄膜表面形成了一层多孔的钨富集层。当温度在1073 K以下时,薄膜内的组成是氮化钨相,当温度高于1073 K时,钨相开始出现。随着温度的升高,薄膜内W-N键含量降低,W-W键含量增加。增加退火时间不会促使氮化钨的进一步分解。2.低能氮离子预先辐照钨块在钨块表面形成氮化钨相,随辐照能量的增加,氮化钨相的含量趋于...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国际热核聚变实验反应堆示意图
（a）多靶磁控溅射系统外观 （b）薄膜溅射沉积室内部构造示意图图 2.1 氮化钨薄膜磁控溅射沉积系统2.2.2 钨块预处理方法钨块的制备工艺流程为：热轧制钨块（大小为 1×1×0.1 cm3）---机械镜面抛光---真空 900 ℃（30 min）退火（1）切割钨块用线切割将块体钨块切割成大小为 1×1×0.1 cm3的标准样块。（2）机械镜面抛光用砂纸机械打磨样品，从粒度为 360 的砂纸开始打磨，依次用粒度为 800，1200 和 2000 的砂纸打磨样品，再用粒度为 1 的钻石研磨膏对样品进行抛光处理，最后用 5％氢氧化钠和蒸馏水进行抛光处理。（3）真空退火处理在高真空环境下（压强<1×10-5pa）对镜面抛光的钨块进行 900 ℃（60min）退火处理，以消除内应力和残留在钨块内的杂质气体。
（a）直线等离子体装置外观 （b）直线等离子体装置构造示意图图 2.2 直线等离子体模拟装置（LEPS）直线等离子体主要有等离子体源（Plasma Generator,用于产生等离子体），磁约束系统（Magnetic Confinement，用于约束和维持直线等离子体），真空系统（Vacuum Pumps，用于产生所需真空），等离子体诊断系统（Diagnostics，用于测量所产生的等离子体参数），以及电源和其他辅助系统等部件组成。(1)微波源：微波能量被离化气体吸收后形成等离子体。微波在等离子体中主要有三种吸收机制：碰撞吸收，无碰撞吸收和非线性反常吸收，这主要决定于工作气体的压力。(2)磁约束系统：产生的等离子体在圆形线圈磁场的约束下，传输到直线段样品室。每个线圈电流独立可调，为低压大电流（比如几伏/几十安培），线圈为中空的水冷结构。(3)样品照射平台：材料辐照实验所用的样品台绝缘可加负偏压（200 V 以上/小于 1 A）。样品台通入乙醇冷却，可冷却至负 10 度，用以及时带走在样品上产
【参考文献】：
期刊论文
[1]国际热核试验堆第一壁材料的研究进展[J]. 丁孝禹,李浩,罗来马,黄丽枚,罗广南,昝祥,朱晓勇,吴玉程. 机械工程材料. 2013(11)
[2]First Engineering Commissioning of EAST Tokamak[J]. 万元熙,李建刚,翁佩德. Plasma Science and Technology. 2006(03)
[3]金属氧化物粉末及涂膜的溶胶-凝胶法制备技术及其应用[J]. 秦培煜,周世权. 稀有金属与硬质合金. 2001(03)
[4]溶胶-凝胶法制备薄膜涂层的技术与应用[J]. 潘建平,彭开萍,陈文哲. 腐蚀与防护. 2001(08)
[5]溶胶-凝胶法在金属表面制备耐蚀涂层的研究现状[J]. 孙志华,刘明辉. 腐蚀与防护. 2000(11)
本文编号：3294606
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国际热核聚变实验反应堆示意图
（a）多靶磁控溅射系统外观 （b）薄膜溅射沉积室内部构造示意图图 2.1 氮化钨薄膜磁控溅射沉积系统2.2.2 钨块预处理方法钨块的制备工艺流程为：热轧制钨块（大小为 1×1×0.1 cm3）---机械镜面抛光---真空 900 ℃（30 min）退火（1）切割钨块用线切割将块体钨块切割成大小为 1×1×0.1 cm3的标准样块。（2）机械镜面抛光用砂纸机械打磨样品，从粒度为 360 的砂纸开始打磨，依次用粒度为 800，1200 和 2000 的砂纸打磨样品，再用粒度为 1 的钻石研磨膏对样品进行抛光处理，最后用 5％氢氧化钠和蒸馏水进行抛光处理。（3）真空退火处理在高真空环境下（压强<1×10-5pa）对镜面抛光的钨块进行 900 ℃（60min）退火处理，以消除内应力和残留在钨块内的杂质气体。
（a）直线等离子体装置外观 （b）直线等离子体装置构造示意图图 2.2 直线等离子体模拟装置（LEPS）直线等离子体主要有等离子体源（Plasma Generator,用于产生等离子体），磁约束系统（Magnetic Confinement，用于约束和维持直线等离子体），真空系统（Vacuum Pumps，用于产生所需真空），等离子体诊断系统（Diagnostics，用于测量所产生的等离子体参数），以及电源和其他辅助系统等部件组成。(1)微波源：微波能量被离化气体吸收后形成等离子体。微波在等离子体中主要有三种吸收机制：碰撞吸收，无碰撞吸收和非线性反常吸收，这主要决定于工作气体的压力。(2)磁约束系统：产生的等离子体在圆形线圈磁场的约束下，传输到直线段样品室。每个线圈电流独立可调，为低压大电流（比如几伏/几十安培），线圈为中空的水冷结构。(3)样品照射平台：材料辐照实验所用的样品台绝缘可加负偏压（200 V 以上/小于 1 A）。样品台通入乙醇冷却，可冷却至负 10 度，用以及时带走在样品上产
【参考文献】：
期刊论文
[1]国际热核试验堆第一壁材料的研究进展[J]. 丁孝禹,李浩,罗来马,黄丽枚,罗广南,昝祥,朱晓勇,吴玉程. 机械工程材料. 2013(11)
[2]First Engineering Commissioning of EAST Tokamak[J]. 万元熙,李建刚,翁佩德. Plasma Science and Technology. 2006(03)
[3]金属氧化物粉末及涂膜的溶胶-凝胶法制备技术及其应用[J]. 秦培煜,周世权. 稀有金属与硬质合金. 2001(03)
[4]溶胶-凝胶法制备薄膜涂层的技术与应用[J]. 潘建平,彭开萍,陈文哲. 腐蚀与防护. 2001(08)
[5]溶胶-凝胶法在金属表面制备耐蚀涂层的研究现状[J]. 孙志华,刘明辉. 腐蚀与防护. 2000(11)
本文编号：3294606
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