【摘 要】
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纯铜具有优良的导热性能,其合金在高温时仍能保持较高的强度,析出相粒子可以有效地减弱辐照引起的材料硬化与肿胀行为,因而铜及其合金作为热沉材料被广泛用于聚变堆装置中。
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纯铜具有优良的导热性能,其合金在高温时仍能保持较高的强度,析出相粒子可以有效地减弱辐照引起的材料硬化与肿胀行为,因而铜及其合金作为热沉材料被广泛用于聚变堆装置中。聚变装置中所有与氢同位素接触的材料都涉及滞留渗透行为,这些行为对聚变装置的安全性及经济性造成了挑战。国际上迄今对于铜与其合金(特别是A1203弥散强化铜合金)的氢同位素渗透滞留行为的研究非常有限,借助热脱附谱与气体驱动渗透实验平台对相应的问题进行研究可以有效地补充铜材料在聚变应用中所需的基础数据。借助热脱附谱实验平台对氘气暴露过的无氧铜,铬锆铜和进口国产两种A1203弥散强化铜合金进行了热脱附实验。实验发现：铬锆铜与无氧铜有一个脱附峰,两种弥散铜均有两个脱附峰,铬锆铜与国产弥散铜的脱附速率与脱附总量均较进口弥散铜要高,进口弥散铜又较无氧铜要高。对两种Al203弥散强化铜合金进行的氧氮分析发现：国产Al203弥散强化铜合金中自由氧的含量较高,结合热脱附谱实验时四种材料氘水分压的比较和扫描电子显微镜的观察可以推测,这可能是国产A1203弥散强化铜合金脱附速率和脱附总量较高的原因之一。使用TMAP程序模拟了无氧铜的热脱附实验,发现均匀缺陷和表面缺陷的缺陷密度假设均无法很好地解释热脱附实验的现象。对比无氧铜的氘水和氘脱附谱发现二者释放峰的变化步调基本一致,推测无氧铜热脱附时产生的这个脱附峰可能与氘水的释放有关。本论文还开展了氘气在A1203弥散强化铜合金中渗透性能的研究,通过气体驱动渗透实验平台测量了A1203弥散强化铜合金在621 K到803 K温度范围内的氘渗透率与扩散系数。在这个温度范围内渗透通量与驱动气体压强的平方根成正比,渗透率和扩散系数与温度均满足于Arrhenius关系式。与纯铜,铬锆铜文献数据的对比发现三者的渗透率基本一致但A1203弥散强化铜合金扩散系数明显较低,且在低温时更加明显。出现这种现象的原因可能是Al203弥散强化铜合金中具有更多的缺陷密度和更高的氢同位素捕获势能。
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