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等离子体所在抑制低活化钢中的氢同位素滞留研究方面取得进展

[日期:2018-03-22] 作者:刘皓东   |    阅读: [字体: ]

  近日,等离子体所12室科研人员在低活化钢中的氢同位素滞留研究方面取得新进展。周海山博士课题组利用高能氦离子对低活化钢进行预注入,随后开展氘等离子体辐照实验并考察氘的滞留行为。研究发现深度注入的氦对氘在低活化钢中的滞留有抑制作用,研究成果澄清了相关机理,对降低氚在未来聚变堆部件中的渗透有积极意义。该进展已发表在Nuclear Fusion杂志上(Nucl. Fusion 58 (2018) 056017)。
  氦是氘氚聚变反应的产物,氦在材料中的损伤对氢同位素滞留行为有重要影响。目前聚变界的相关研究在不同实验条件下获得了截然相反的结果(即:氦的辐照增加或抑制了氘氚滞留)。为深入理解相关机理,课题组首先采用加速器将3.5MeV氦离子注入低活化钢,在6微米深度处形成氦泡层,再利用等离子体所新建的直线装置PREFACE开展氘注入,发现氘滞留量随着氦的剂量上升而下降;同时,使用减能器将氦损伤层偏移至材料近表面再进行氘注入,则发现氘滞留量随着氦预注入量的上升而上升,说明表面损伤对氘的捕获作用较强。课题组设计的实验方案成功区分了氦对氢同位素扩散的抑制以及捕获这两种相互作用的竞争关系,获得了国际同行的肯定。
  低活化钢是未来聚变堆内部部件的首选结构材料,将不可避免的暴露于氢同位素和氦环境下。研究氢/氦在低活化钢中的行为对于未来聚变堆的经济性和安全性有重要意义。本项成果也是该课题组继去年徐玉平博士发现氦等离子体辐照导致低活化钢表面奇异化现象(Nucl. Fusion 57 (2017) 056038)后的又一项进展。
论文链接:https://doi.org/10.1088/1741-4326/aab37e

He的深层注入以及表面注入

He注入后在低活化钢中形成的氦泡

各种注入条件下的氘热脱附谱,本研究中,铁离子注入被用作对比实验