He+ 辐照剂量对钨纳米丝生长的影响

采用低能(50eV)大流强的He+ 辐照多晶钨材料,辐照温度1420±50K,辐照剂量从1.0×1024ions/m2逐渐增加到1.0×1027ions/m2,用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、称重等手段分析辐照后钨样品表面微观结构的形貌改变及质量损失的情况,系统的研究了He+ 辐照剂量对钨纳米丝生长的影响.结果表明,随着He+ 辐照剂量的增加,钨纳米丝的厚度最终达到饱和,由于辐照后钨表面存在致密的钨纳米丝层,进而导致到达钨纳米丝层底部的He+ 数量和能量降低,从而导致钨纳米丝生长速率显著降低,且当钨纳米丝生长速率和和钨纳米丝的侵蚀速率相等时,钨纳米丝生长将会达到平衡.     

He,Au离子辐照AuCu_3致元素表面偏析

采用磁控溅射方法在单晶硅(111)衬底上制备了AuCu_3薄膜,用2 MeV He离子和1 MeV Au离子对薄膜进行辐照,用卢瑟福背散射对He,Au离子辐照前后AuCu_3薄膜近表面的成分变化进行了分析,对不同离子辐照导致的表面元素偏析行为进行了研究.结果表明:当2 MeV He离子辐照时,随着辐照剂量增大,观察到样品近表面Au元素偏析的趋势;当1 MeV Au离子辐照时,随着辐照剂量增大,观察到样品近表面Cu元素偏析的趋势,与He离子辐照相反.通过对He,Au离子在样品中产生的靶原子空位及其分布分析,发现靶原子空位浓度分布的梯度是导致两种不同表面元素偏析趋势的原因,空位扩散是其中的主要机理.     

氦在铝表面辐照和积聚的团簇动力学模拟

我们利用团簇动力学模型(IRadMat)研究了keV-He离子辐照金属铝的缺陷动力学和氦的聚集行为.通过对不同俘获类型(团簇、晶界和位错)俘获He浓度的定量分析,我们发现大多数He原子被晶界吸收,这成为铝在低辐照通量下发生脆化的主要原因.随着辐照能量的增加,He滞留峰的位置会变得更深.然而,随着辐照通量的增加,He在体内的滞留量会变得更多,但滞留深度的峰值位置不变.我们的结果表明,晶界的影响在He的滞留分布以及铝的脆化行为中起着关键作用,这也有助于我们理解He在金属中的动力学行为和损伤的分布.     

氦在铝表面辐照和积聚的团簇动力学模拟

我们利用团簇动力学模型(IRadMat)研究了keV-He离子辐照金属铝的缺陷动力学和氦的聚集行为.通过对不同俘获类型(团簇、晶界和位错)俘获He浓度的定量分析，我们发现大多数He原子被晶界吸收，这成为铝在低辐照通量下发生脆化的主要原因.随着辐照能量的增加，He滞留峰的位置会变得更深.然而，随着辐照通量的增加，He在体内的滞留量会变得更多，但滞留深度的峰值位置不变.我们的结果表明，晶界的影响在He的滞留分布以及铝的脆化行为中起着关键作用，这也有助于我们理解He在金属中的动力学行为和损伤的分布.     

高He通量注入条件下F/M和ODS钢中纳米微结构对He泡形核和长大的影响

利用LEAF装置提供的2 MeV的He离子,在500和600 °C分别对新型F/M钢-SIMP钢和ODS钢(MA956和Eurofer-ODS钢)注入1×1017 ions/cm2的高通量He离子,借助透射电子显微镜,表征了辐照后三种材料的肿胀行为,验证了各材料中纳米微结构(晶界,析出相和纳米氧化物)对辐照后He泡成核和长大的影响。结果表明,基于材料中晶界和析出相对He泡生长的抑制作用,温度为500 °C时,SIMP和Eurofer-ODS钢表现出较高的抗辐照肿胀性能,而MA956中纳米界面He泡成核和长大作用不明显,表现出较差的抗辐照肿胀性能;此外,温度为600 °C时,Eurofer-ODS钢由于其晶界和氧化物界面的较强作用,表现出较好的抗辐照肿胀性能。总体来说,在高He通量注入条件下,材料中纳米结构的存在会抑制He泡长大的过程,但不同材料中纳米结构对He影响作用不同。     

调幅W(Mo)/Cu纳米多层膜He+离子辐照响应行为

用磁控溅射技术制备不同调幅波长 (L) 的W(Mo)/Cu纳米多层膜,所制膜系在60 keV氦离子 (He⁺) 辐照条件下注入不同剂量: 0, 1×10¹⁷ He⁺/cm², 5×10¹⁷ He⁺/cm². 用X射线衍射仪 (XRD) 和高分辨透射电子显微镜(TEM)表征W(Mo)/Cu纳米多层膜辐照前后微观结构. 研究结果表明: 1) He⁺离子轰击引起温升效应是导致沉积态亚稳相β-W 转变成稳态 α-W相的主因, 而与调幅波长无明确关联; 2) 纳米多层结构中W(Mo) 和Cu膜显现出的辐照耐受性与调幅波长相关, 调幅波长越小, 抗He⁺的辐照性能越强; 3) 在5×10¹⁷ He⁺/cm²注入条件下, 观察到He团簇/泡在纳米结构W(Mo) 和Cu膜中的积聚行为存在明显差异: 在W (Mo) 膜中He团簇/泡的分布与晶粒取向相关, He团簇/泡倾向于沿W (211) 晶面分布; 而Cu膜非晶化且He团簇/泡在其体内呈均匀分布. 关键词： W(Mo)/Cu纳米多层膜 +辐照')" href="#">He⁺辐照 He团簇/泡 相转变     

EAST边缘等离子体中钨表面电弧诱导实验研究

在EAST装置中利用材料与等离子体测试平台MAPES对不同表面性质和结构的钨样品进行了边缘等离子体条件下的起弧诱导实验研究。结果显示只有纳米丝结构的钨表面成功产生了电弧,表明了钨表面的纳米丝结构更有利于电弧的触发,甚至在装置远离刮削层区域的地方也能诱导电弧触发。在纳米丝钨表面起弧过程中会产生两种不同的电弧,其中较强电弧能产生熔坑,并溅射出液滴,是等离子体中尘埃及杂质的重要来源。弧坑直径约为3μm,深度约为0.7μm,在电弧熔坑中心区域形成了一些小孔和纳米结构,其周围的熔化液滴也存在类似的结构。     

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依据钨材料表面溅射的实验现象,建立钨材料表面粗糙模型,模拟了高能H+、He+粒子辐照下的钨材料表面的溅射行为过程,并与基于离子输运的双群模型计算得到的结果作了比较。结果表明,随着钨材料表面粗糙程度的增加,溅射率降低;对一定的粗糙表面,相同能量的不同入射粒子,质量越大粒子溅射率越高,这些结果为分析聚变装置中心等离子体杂质水平和评价偏滤器寿命等提供了一定的理论支撑。     

SIMP钢中H对He热解吸行为的影响研究（英文）

为了初步理解核用结构材料中H对He行为的影响,以He离子单独辐照和He和H离子连续辐照作为对比,利用热释放谱(TDS)、透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)研究了SIMP中H对He的热解吸和滞留行为的影响。TDS结果表明:He释放的主峰主要出现在1 198～1 222 K之间,对应于气泡的迁移释放机制。相对于He单独辐照,H的附加辐照使得He的释放峰向低温移动,且释放量增大。即H促进了He的热解吸。另外,H对He热解吸的促进作用与H的辐照剂量有关。当H注入的峰值浓度(原子分数)从5%增加到50%时,这种促进作用有所减弱。结合TEM和SEM结果发现:H的存在促进了TDS加热过程中材料表面的起泡行为,从而加速了He以气泡迁移机制释放的过程。     

SIMP钢中H对He热解吸行为的影响研究

为了初步理解核用结构材料中H对He行为的影响，以He离子单独辐照和He和H离子连续辐照作为对比，利用热释放谱(TDS)、透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)研究了SIMP中H对He的热解吸和滞留行为的影响。TDS结果表明:He释放的主峰主要出现在1 198~1 222 K之间，对应于气泡的迁移释放机制。相对于He单独辐照，H的附加辐照使得He的释放峰向低温移动，且释放量增大。即H促进了He的热解吸。另外，H对He热解吸的促进作用与H的辐照剂量有关。当H注入的峰值浓度(原子分数)从5%增加到50%时，这种促进作用有所减弱。结合TEM和SEM结果发现:H的存在促进了TDS加热过程中材料表面的起泡行为，从而加速了He以气泡迁移机制释放的过程。     

纳秒激光辐照下石英基单层石墨烯的损伤特性北大核心CSCD

采用化学气相沉积法在铜箔基底上生长单层石墨烯,利用湿化学方法将单层石墨烯转移到石英玻璃基底,获得石英基单层石墨烯样品。利用相衬显微镜和扫描电子显微镜,实验研究了单层石墨烯样品在紫外纳秒脉冲激光辐照下的损伤阈值和损伤概率,以及不同辐照通量下的典型微观结构。实验结果表明,单层石墨烯样品对550nm波长光的吸收率约为2.38%,与理论值2.3%接近。在波长为355nm、脉宽为5.8ns的条件下测得激光损伤阈值为78mJ/cm2。当辐照通量低于损伤阈值时,石墨烯样品表面有纳米碳球和碳花形成;当辐照通量等于损伤阈值时,石墨烯样品表面产生明显的多孔碳骨架烧蚀痕迹;当辐照通量高于损伤阈值时,则形成了特定的周期性折叠碳结构。     

纳秒激光辐照下石英基单层石墨烯的损伤特性

采用化学气相沉积法在铜箔基底上生长单层石墨烯,利用湿化学方法将单层石墨烯转移到石英玻璃基底,获得石英基单层石墨烯样品。利用相衬显微镜和扫描电子显微镜,实验研究了单层石墨烯样品在紫外纳秒脉冲激光辐照下的损伤阈值和损伤概率,以及不同辐照通量下的典型微观结构。实验结果表明,单层石墨烯样品对550nm波长光的吸收率约为2.38%,与理论值2.3%接近。在波长为355nm、脉宽为5.8ns的条件下测得激光损伤阈值为78mJ/cm2。当辐照通量低于损伤阈值时,石墨烯样品表面有纳米碳球和碳花形成;当辐照通量等于损伤阈值时,石墨烯样品表面产生明显的多孔碳骨架烧蚀痕迹;当辐照通量高于损伤阈值时,则形成了特定的周期性折叠碳结构。     

He离子辐照对石墨烯微观结构及电学性能的影响

本文采用5.4 ke V不同剂量的He离子辐照单层石墨烯,利用X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)和半导体参数分析仪表征辐照前后石墨烯微观结构和电学性能变化.研究结果表明:随着辐照剂量增大,单层石墨烯的缺陷密度逐渐增加,当辐照剂量增至1.6×10~(13) He~+/cm~2,石墨烯开始由纳米晶结构向无定形碳结构转变,不断增多的缺陷致使石墨烯电导率持续降低,其电子输运机制也由玻尔兹曼扩散输运转变为跃迁输运;狄拉克电压(V_(dirac))向正电压方向的偏移量随辐照剂量增大而增大,其主因是辐照缺陷和吸附杂质导致石墨烯P型掺杂效应增强.     

两种国产低活化的铁素体/马氏体钢的He离子辐照硬化研究

低活化的铁素体/马氏体钢（RAFM）以其高导热率、低热膨胀率、高抗辐照肿胀能力成为未来核聚变堆重要的候选结构材料,在聚变堆高能中子辐照环境由于（n,α）核反应产生的高浓度He在材料中的积累对于材料微观结构和宏观性能的影响是关系这类材料服役寿命的重要问题。本工作研究了面向聚变反应堆应用的两种国产低活化钢（CLF、CNS）的辐照硬化效应,利用中国科学院近代物理研究所320 kV高压实验平台提供的4He离子束进行辐照实验,辐照剂量6×10-3,6×10-2,6×10-1 dpa （辐照损伤/原子平均离位）,对应注He浓度分别为100,1 000,10 000 appm （氦离子浓度/百万分之一）。采用多能注入方法,在样品表面至1微米深度形成He浓度和离位损伤的坪区分布。利用纳米压痕仪对参比样品和注入He的样品进行了连续刚度测试。基于NIX-GAO模型对纳米硬度数据进行分析,获得了注入He的区域样品纳米硬度的数据。研究表明,注入He区域的纳米硬度与辐照损伤水平之间存在着1/2次幂函数的关系。未辐照CLF钢比CNS钢的纳米硬度略低,随着辐照剂量的增加,CLF钢呈现的辐照硬化现象更明显。Reduced activation ferritic/martensitic steels (RAFM) are important candidate materials for future fusion nuclear reactors because of their high thermal conductivity, low thermal expansion rate and high resistance to irradiation swelling performance. The influence of high concentration helium produced by nuclear reaction (n,α) on the micro-structure and macro-properties is an important issue limiting the service lifetime of the materials. In the present work, helium implantation to three different doses (100, 1 000, 10 000 appm helium, corresponding to 6×10-3, 6×10-2, 6×10-1 dpa) was carried out to investigate irradiation hardening of two RAFM Steels. Multi-energy He ion-beams at 320 kV high-voltage platform were used to get a damage plateau from surface to 1 μm depth in specimens. The continuous-stiffness test by a Nano-indentor G2000 was carried out Data of nano-hardness were analyzed based on Nix-Gao model. It is shown that there is a 1/2-power law relationship between the hardening and the irradiation damage level. Before helium implantation, the hardness of the CLF steel is slightly lower than that of the CNS steel. However, with the increase of helium-implantation dose, the hardening is more obvious in CLF steel. Further investigation of microstructures is needed to get a deeper understanding of the hardening mechanism.     

离子注入层的X射线光电子能谱分析

采用金属蒸汽真空弧（MEVVA）离子源发出的强束流脉冲钨离子,对H13钢进行了离子注入表面改性研究,借助X射线光电子能谱（XPS）考察了注入表面层中钨,氧,铁的化学状态,研究发现,钨离子注入层中钨元素以替位钨和三氧化钨形式存在,铁元素以金属铁和三氧化二铁形式出现,而且各价态元素的原子比随深度而变化。     

高电荷态氙离子辐照下的6H碳化硅表面纳米结构变形（英）

高电荷态离子比普通的离子携带较高的势能,势能在材料表面的瞬间释放,能在材料表面形成nm量级的结构损伤。它在纳米刻蚀、小型纳米器件、纳米材料、超小尺寸半导体芯片制作、固体表面处理和固体结构分析等领域具有广泛应用前景。因此对高电荷态重离子（Xeq+）引起半导体材料表面（6H-SiC）纳米结构变形进行了研究。采用Xe18+和Xe26+离子,选取从11014到51015 ionscm-2逐渐递增的剂量,以垂直和倾斜60角两种入射方式辐照6H-SiC薄膜样品, 经原子力显微镜分析表明,辐照后的表面肿胀凸起。对于Xe18+离子辐照的样品,辐照区至未辐照区边界的台阶高度随离子剂量增加而连续增大,而对于Xe26+离子辐照的样品则先增加而后减小。在相同入射角和剂量条件下,Xe26+离子辐照样品形成的台阶高度大于Xe18+离子辐照形成的台阶高度,在相同离子和剂量的条件下,垂直照射时形成的台阶高度大于倾斜照射时形成的台阶高度。根据损伤机理和实验数据,首次初步建立了一个包括势能、电荷态、入射角和剂量等物理量的理论模型来预测高电荷态离子在半导体材料表面形成的纳米结构变形。暗示了高电荷态离子的潜在的应用价值及进一步研究的必要性。     

高电荷态氙离子辐照下的6H碳化硅表面纳米结构变形（英文）

高电荷态离子比普通的离子携带较高的势能,势能在材料表面的瞬间释放,能在材料表面形成nm量级的结构损伤。它在纳米刻蚀、小型纳米器件、纳米材料、超小尺寸半导体芯片制作、固体表面处理和固体结构分析等领域具有广泛应用前景。因此对高电荷态重离子(Xeq+)引起半导体材料表面(6H-SiC)纳米结构变形进行了研究。采用Xe18+和Xe26+离子,选取从1×1014到5×1015 ions·cm-2逐渐递增的剂量,以垂直和倾斜60°角两种入射方式辐照6H-SiC薄膜样品,经原子力显微镜分析表明,辐照后的表面肿胀凸起。对于Xe18+离子辐照的样品,辐照区至未辐照区边界的台阶高度随离子剂量增加而连续增大,而对于Xe26+离子辐照的样品则先增加而后减小。在相同入射角和剂量条件下,Xe26+离子辐照样品形成的台阶高度大于Xe18+离子辐照形成的台阶高度,在相同离子和剂量的条件下,垂直照射时形成的台阶高度大于倾斜照射时形成的台阶高度。根据损伤机理和实验数据,首次初步建立了一个包括势能、电荷态、入射角和剂量等物理量的理论模型来预测高电荷态离子在半导体材料表面形成的纳米结构变形。暗示了高电荷态离子的潜在的应用价值及进一步研究的必要性。     

Cu,Zn离子注入SiO_2纳米颗粒合成及氧气氛围下的热稳定性研究

通过45 keV,1.0×1017cm-2的Cu离子注入SiO2基底合成了嵌入式的Cu纳米颗粒,采用不同剂量的50 keV Zn离子对Cu纳米颗粒进行后续辐照,详细研究了Zn离子后续辐照对Cu纳米颗粒结构、光学性质的影响及其氧气气氛下的热演变规律.研究结果表明,Cu和0.5×1017cm-2的Zn离子顺次注入可在SiO2基底中形成Cu-Zn合金纳米颗粒,它们可以在516 nm附近引起独特的表面等离子共振(SPR)吸收峰.后续O2气氛中450?C退火可以导致Cu-Zn合金纳米颗粒分解,并在基体中形成了ZnO和Cu纳米颗粒.研究结果还表明后续Zn离子的辐照可以有效地提高Cu纳米颗粒的抗氧化能力;同时基体中Cu的存在也会加速Zn向样品表面的扩散,从而促进了ZnO的形成.     

离子辐照对单晶Si中预注入B原子扩散的影响

室温下使用MeV能量级Si,F和O离子对5keV B离子预注入后的n-型单晶Si(100)进行了辐照,应用二次离子质谱仪测试分析了掺杂物B原子的分布剖面及其变化.结果表明,高剂量Si,F和O离子的附加辐照可以抑制热激活退火中B原子发生的瞬间增强扩散.在相同的辐照条件下,Si近表面区域中SiO₂层的存在更有助于限制B原子的瞬间增强扩散.结合卢瑟福沟道背散射分析和DICADA程序计算对实验结果进行了讨论.     

中子预辐照损伤对钨中氢滞留行为影响机制的多尺度模拟

高温等离子体作用下的中子辐照损伤和氢氦滞留行为一直是聚变堆钨基材料面临的两个关键问题,尤其是预辐照损伤对氢氦滞留的协同作用。鉴于制约因素的复杂性和实验上的困难,相关基础问题的理论研究至关重要。我们基于发展的顺序多尺度模拟方法研究了多晶钨的中子预辐照损伤及其对低能（20 eV）氢注入下缺陷动力学演化和氢滞留分布的影响。通过定量对比有无中子预辐照的多晶钨中氢的滞留行为,我们发现中子预辐照损伤产生的稳定空位团簇作为新的氢捕获点,加剧了氢在近表面处的滞留和表面损伤,限制了其向深度的扩散,从而导致了低能氢滞留量的急剧增加。相关结果将直接为实际等离子体环境下聚变堆钨基材料的辐照损伤和氢氦效应提供理论指导与预测。