随着社会发展对清洁能源的需要,核能源已经成为具有代表性的新能源之一。然而其结构材料由于暴露在极端环境中,将会受到大量粒子的冲击造成辐照损伤,产生空位和间隙原子等离位缺陷以及杂质原子(氦)。大部分辐照空位可自发地得以恢复,而氦(He)原子属于满壳层电子结构的惰性原子,不与任何金属原子结合。可以预见,金属中若存在着这些与基体原子不相容的外来氦原子,其自身聚集长大,或与空位等缺陷的相互作用,必将导致材料不可恢复的损伤。如何有效提高材料的抗辐照性能是目前面临的一大挑战。铝及其合金作为聚变堆的阻氘涂层,研究其中的氦行为具有工程和科学意义。本文从晶粒尺寸效应和掺杂金属镓两个方面出发,分别制备了不同晶粒尺寸的铝(Al)和相同晶粒尺寸的铝及铝镓样品(Al-1.8 at.%Ga),并对这些样品在室温下进行了氦等离子体辐照,辐照能量为50 eV,辐照剂量为1.8×1024 He/m2。结合X射线衍射(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、慢束正电子湮没(SPAS)、透射电镜(TEM)、热脱附谱(TDS)等多种分析测试手段,来探索晶粒尺寸效应及金属镓掺杂对铝中氦行为的影响。通过分析实验结果,本工作取得的主要结论如下:1、氦注入后会使晶体晶格发生畸变,使Al的XRD特征峰半峰宽(FWHM)明显变宽。氦原子在基体中“自捕获”,向样品中引入空位型缺陷,形成氦-空位复合体,通过位错或晶界迁移、聚集、合并、形核成氦泡,辐照过程中随着辐照剂量的进一步增大,氦泡增大。最终当氦泡内部压强大于样品的屈服极限后,引起材料表面鼓泡,严重时会引起材料表面剥落。2、减小晶粒尺寸将能提高材料的抗氦辐照性能,同时也会影响Al的氦热脱附行为。根据TDS结果可知,随着晶粒尺寸的增大,氦热脱附量增加,氦热脱附峰值向高温区移动、氦热脱附谱变宽,并存在明显的卫星峰。这是因为晶粒尺寸越小,氦能够通过晶界快速扩散。3、镓元素的添加会使基体的晶格产生畸变,向基体中引入了空位型缺陷并使铝中的位错在加热过程中不易消失。辐照后的Al-1.8 at.%Ga合金表面鼓泡比辐照后的Al表面鼓泡尺寸更小、面密度更大。Al-1.8 at.%Ga合金的氦热脱附谱峰值(480 K)低于Al的氦热脱附谱峰值(580 K),Al-1.8 at.%Ga合金的氦热脱量(1.76×1021 He/m2)远比Al的氦热脱附量(8.92×1018 He/m2)高。这是因为捕获陷的增多意味着更多的空位与氦相结合,铝镓合金中位错不易消失使氦有更多的机会沿着位错向外扩散从而降低其氦热脱附谱峰值。4、使用不同升温速率对铝中氘(D)进行TDS实验,并根据实验结果求得铝中氘热激活能为0.19±0.02 eV。此外,还发现在升温过程中氘会阻碍晶界的移动并提高了 Al的高温强度,这是因为氘与空位相结合后移动到晶界,不利于晶界移动。