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聚变堆中面向等离子体部件要求材料具有高的熔点,高的热导率,低的溅射率和低的氘/氚滞留等优点;加速器驱动次临界系统(ADS)中的散裂靶部分要求材料具有高的中子产额和低的中子吸收截面等性能。钨材料满足那些要求,是面向等离子体部件的重要候选材料和重要的固态散裂靶材料。作为面向等离子体材料和固态散裂靶材料,钨材料将面临高温、高能粒子辐照引起的辐照损伤和He掺杂等问题,尤其是He的存在会使材料的结构和性能发生变化。钨材料结构和性能的变化直接关系到反应堆装置的长期安全运行。研究注He纯钨中缺陷的形成和演化及其对材料力学性能的影响,不仅为评估钨应用于聚变堆和ADS系统中的可行性提供重要的科学依据和基础数据,而且在He与金属相互作用的基础研究方面具有重要的学术意义。 本论文利用100、200和500keV的单能量的He离子以及多能He离子在不同温度(室温到800℃)注入纯钨。通过对样品进行He的热解吸谱(THDS)、质子增强背散射(EPBS)、扫描电子显微镜(SEM)、慢正电子湮灭多谱勒展宽谱(DBS)和纳米压痕技术(NIT)等分析,较为系统地研究了He离子在纯钨中引起的损伤效应。主要内容和结果如下: 1、研究了不同注入剂量和温度下纯钨中的He行为。注量达到一定程度后,样品中测到了He的滞留和热释放行为。随着注量的增加或注入温度的降低,样品中He相关缺陷的种类和数量增加。退火前后高注量样品表面出现剥离或微孔洞,当钨应用在聚变堆中时该现象伴随的钨灰尘问题是必须要注意和避免的。 2、研究了不同注入剂量和温度下纯钨中空位型缺陷的形成和演化。不同注入条件的样品中都形成了空位型缺陷。室温和800℃注入样品中空位型缺陷的尺寸或密度首先随着注量的增加而增加,注量达到一定程度后,样品中空位型缺陷被He占据的比例增加。非室温注入样品中空位型缺陷的尺寸随着注入温度的增加而增加。 3、研究了不同注入剂量、注入温度和离子能量下纯钨样品的力学性能。不同注入条件的样品都表现出了硬化现象。对于室温和800℃注入样品,硬度增加量峰值(ΔHm)随着注量的增加而增加;当纯钨中的He原子浓度不高于7.0×1021atoms/cm3时,样品的ΔHm和He原子浓度(CHe)近似符合ΔHm=ΔH0-H×exp(-β×CHe)规律。注量一定时,非室温注入样品的硬度增加量峰值随着注入温度的增加基本不变。这些现象与样品中缺陷对运动位错的阻碍作用有关。