中子作为重要的研究工具已广泛应用于冶金、化学、食品、中子照相、石油勘探、地质勘探等诸多领域。靶材是中子发生器的关键部件,国内原采用的靶材大多是单质钛(或锆)。靶材要求具有较高的氚密度、较高的热稳定性、低掉粉率和好的固氦能力。单质钛(或锆)不能满足要求,目前国内正处在新靶材和新模型的探索阶段。中子发生器的靶是靶材吸氚做成氚靶,但氚原子有放射性,研究工作中人们常用与氚原子分离系数差别较小的氘原子来代替氚原子。在本工作所涉及的实验中,除了在贮存实验中使用的是吸氚样品外,其他样品中都是吸的氘。针对目前存在的中子源靶材研究周期长、进展缓慢及理论研究薄弱的问题,采用氘代替氚(有放射性,不便做实验),做了大量的靶材(Ti、TiV合金、TiVD合金)微观分析,经过精确计算,寻求结构变化规律,并用可靠的理论计算方法结合精确计算的结构参数构建的原子簇从结合能的角度探讨纯Ti与TiV合金对氘、He的存贮能力,取得了重要的实验数据和理论推导结果。X射线衍射(XRD)分析和对衍射结果的精确计算表明:TiV合金中的钒原子进入钛晶格后,当V%<4.0%时,a、c的变化主要是受V的原子半径起作用;V%>4.0%时, V原子比Ti原子增加的一个电子和原子半径在同时起着显著作用。这些原因使晶胞参数c先变小后变大,而a则一直减小,这种反向变化增大了晶格中A、B层的间距,削弱了层间的相互作用,使c轴方向上的晶格畸变会更加大。随着V含量的增加,单胞体积呈下降趋势。TiVD合金的XRD分析表明随着合金中V原子的增多,合金的晶胞参数和晶胞体积都减小。合金薄膜样品的X射线光电子谱(XPS)分析表明:由于镀膜室真空度只有10-4Pa,致使膜内部含有较多的C和O元素;刻蚀样品表面的Ti2p峰主要由TiC、Ti、TiO、Ti2O3等的Ti2p峰组成,相互干扰,因而不能由其XPS图谱检测出薄膜状态的合金中合金元素V、D对Ti2p峰的影响。但未刻蚀样品表面含有较多的Ti4+,同时在表面还存在低价的Ti元素,这构成与合金块材表面最大的区别。 <WP=5>合金块材XPS分析表明:合金块材未刻蚀表面吸附有大量的C、O元素,和TI4+,经过Ar+刻蚀后可以得到清洁的合金表面,清洁合金块材Ti2P谱峰结合能随着V含量的升高而增大。这是由于合金原子之间的平均距离是随着V含量的增加而减小的,而且V原子比Ti原子多一个电子;随着V原子的加入原子间平均距离减小,晶格间的电子浓度增大,金属间结合力增强,合金变得更加稳定,从而引起了Ti2p峰位置的改变。结合XRD实验所取得的晶胞参数,计算得到了TiV、TiVD合金中多种四面体和八面体原子簇的结合能。六方结构的TiV合金中:原子簇中V原子的加入会增加原子间的结合强度,增强体系的稳定性;当少量D原子进入金属晶格后,随着V含量的增加体系的稳定性也会增加。在面心立方的TiVD合金中:含D的四面体原子簇Ti3V1D结合能随着V含量的增加而增加,而Ti4D原子簇结合能在V含量在大于7.5%处出现降低,说明合金中Ti3V1原子簇的增加有利于原子的贮存;含He的八面体原子簇Ti6He和Ti5V1He结合能随着V含量的增加而增加,而且Ti5V1He原子簇结合能大于相同V含量的Ti6He原子簇结合能,说明合金中适量的V原子可以有利于He原子的贮存, 提高了材料的固氦性能综合实验和计算结果,说明纯金属Ti中加入一定量的V原子,增加了体系的稳定性,使材料的贮氚贮氦性能得到提高,而XPS Ti2p峰的变化规律和合金原子簇能量的计算结果也与此相吻合。从前面XPS分析可以看出薄膜样品的表面与内部与块材样品有诸多不同,这说明薄膜样品与块材样品制作中子源用靶材时性能是不同的。