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钨具有高熔点、高热导率、低热膨胀系数、低氘滞留量以及低溅射率(高物理溅射阈值)等优异性能,被认为是核聚变装置中第一壁面向等离子体材料的最佳候选材料。但钨在服役时会遭受各种高能粒子的轰击而产生辐照损伤,使其物理特性和服役性能退化。这不仅会缩短钨材料的服役寿命,还会影响到等离子体的稳定性及聚变堆装置的安全性,因此研究钨在粒子作用下的微观结构和力学性能演变非常重要。本文围绕钨材料在聚变堆内强辐射场下的抗辐照性能和晶体取向对钨辐照效应的影响展开,主要研究内容及成果如下:(1)针对单一能量离子辐照引起的位移损伤和离子浓度沿深度分布不均匀的缺点,采用阶梯能量的He+离子辐照钨,获得了位移损伤和氦离子浓度从表面到特定深度的均匀分布。晶体取向显著影响钨表面的显微硬度值,辐照前后晶体取向靠近(001)的晶粒均具有最大的硬度值。辐照后出现硬化效应并使硬度分布范围宽化。辐照后退火过程中,钨的硬度值在退火时间0～1h内急剧下降,在1～3h内下降速率降低,最后趋于平稳。同时取向靠近(11 1)的晶粒比取向靠近(0 01)的晶粒硬度下降得更快。(2)阶梯能量He+离子辐照和后续退火试验引起钨表面自生长纳米锥结构,其尺寸和分布特性均与晶体取向有着密切联系。取向为(111)的晶粒表面上有最高的纳米锥密度,取向为(001)的晶粒最小。纳米锥的高度与退火时间成幂函数关系,幂函数的指数与晶体取向有关。(3)使用离子注入机和TEM联合设施实时原位研究了 Kr+离子束辐照下钨的微观结构演化行为。当剂量达为1.0×1014ions/cm2时位错环开始形成,随后位错交错形成网状结构并且密度随Kr+辐照剂量增加而增大。继续增大剂量则观察到1.3nm平均尺寸气泡,但提高辐照剂量与温度后气泡的长大不明显,表明Kr气泡长大能垒较高。根据试验所得数据对已有理论公式进行修正,得到了一个计算气泡尺寸的经验公式。(4)采用扫描电镜与聚焦离子束耦合系统用低能聚焦Ga+离子束实时原位研究了钨的微观结构在时间与空间上详实的演化行为。研究表明,聚焦Ga+离子诱导形成了依赖于辐照参数的纳米针结构。并且辐照形成的表面形貌与晶体取向有关,沟道效应可以较好的解释这种现象。