金属玻璃Ni62Ta38、Fe80Si7.43B12.57和金属W的Xe17+和H+辐照损伤研究

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核聚变装置中的面向等离子体材料的抗辐照损伤能力是关乎到可控核聚变能否成功实现的关键因素之一。金属玻璃具有长程无序、短程有序的特殊结构,不存在晶体材料中的各种缺陷,被认为具有与晶体材料不同的抗离子辐照性能,有可能成为核聚变装置中耐辐照候选材料。本文选用能量为250keV的H+,剂量为1×1017、2×1017、5×1017和1×1018ions/cm2;以及4.25MeV的Xe17+,剂量为5×1014、1×1015、2×1015和5×1015ions/cm2。对金属玻璃Ni62Ta38、Fe80Si7.43B12.57与目前最有前途的面向等离子体候选材料金属W进行辐照。对比金属玻璃和金属W辐照前后结构与性能的变化,研究金属玻璃的耐Xe离子和H离子辐照损伤行为。  利用SRIM程序对不同剂量、不同能量的Xe17+和H+辐照金属玻璃Ni62Ta38、Fe80Si7.43B12.57与金属W进行模拟计算,求得射程、电子能损、核能损、空位以及dpa等辐照损伤参数。Xe离子辐照金属玻璃Ni62Ta38、Fe80Si7.43B12.57和金属W中的射程分别为594.8nm、693.7nm和441.6nm;金属玻璃的电子能损和核能损均比W小,金属玻璃的空位峰值、DPA峰值均比W大。H离子辐照金属玻璃Ta38Ni62的射程为1.18um,电子能损、核能损、DPA以及空位峰值小于Xe离子辐照,而浓度峰值要大于Xe离子辐照。  用XRD、SEM、AFM等手段检测金属玻璃Ni62Ta38、Fe80Si7.43B12.57与金属W辐照前后结构与性能的变化,研究了金属玻璃和金属W的耐离子辐照行为。得到了以下结果:金属玻璃Ni62Ta38、Fe80Si7.43B12.57在不同剂量、不同能量的Xe离子和H离子的辐照后都保持较好的非晶态,表面形貌没有明显的辐照损伤现象,均方根粗糙度有所增加但是当辐照剂量的增大时又发生了平滑化现象。金属W在不同剂量的Xe离子的辐照后相结构没有发生变化,但由于压应力的存在使不同深度的钨的衍射峰发生峰移。辐照后表面均方根粗糙度有所增大,但随着辐照剂量的增大又发生了平滑化现象。在不同剂量的Xe离子辐照后由于缺陷的存在使金属W的硬度均有所增大。金属玻璃Ni62Ta38、Fe80Si7.43B12.57与金属W都具有较好的耐Xe离子和H离子辐照的性能。
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