随着社会的不断发展能源问题日益突出,因核聚变具有清洁、反应资源丰富等一系列优点,被当今社会作为未来主要能源之一,其中氘氚聚变是目前认为最清洁也是相对容易发生的聚变反应。2003年,我国参与了国际热核聚变实验堆(ITER)项目,并随之在国内启动中国聚变工程实验堆(CFETR)工程项目。目前,金属钨是实现聚变反应托卡马克装置第一壁的主要候选材料,其微观结构被发现会影响氢同位素的滞留和渗透行为。然而,相关的影响机制尚未明确,这对预判氢同位素在第一壁的滞留量以及在聚变堆稳态运行时的渗透速率大小带来很大难度。在聚变反应堆运行过程中,面向等离子体材料将承受高热负荷和各种含能离子、原子和中子的刻蚀。这将在材料中引起缺陷(如空位、位错等),从而降低其性能,严重的还会导致聚变装置的稳定运行和安全问题。为了探究聚变反应装置中氢同位素在材料中的滞留和渗透情况,文本对钨样品采用退火和离子注入的处理方式,目的是为了模拟聚变实验环境对材料造成影响。结合气体驱动渗透、热脱附、X射线分析仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等实验方法对样品进行分析以研究材料表面微观结构和化学组成对氢同位素输运行为产生的影响规律。在实验的第一部分,采用退火和自离子注入两种处理方式对钨的微观结构进行调控,利用X射线分析仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对样品进行表征。SEM结果显示,离子注入样品使材料表面由光滑的准镜面变为有各种孔洞的灰色形貌,这可能与表面改性有关。通过热脱附和渗透实验,发现温度低于1073 K的退火处理对晶粒尺寸的影响较小,但减少了材料中空位、位错等缺陷的数量;还发现体相和表面微观结构对氘的滞留和渗透都有显著的影响。结合以上研究结果,本文讨论了与样品微观结构有关的渗透机制。在实验的第二部分,分别对钨样品采用铌、铜离子注入的处理方式,利用X射线光电子能谱仪(XPS)对样品元素组成进行表征。XPS结果表明,在铌、铜离子注入过程中样品表面的氧元素等被剥蚀去除,即发生了溅射效应。通过热脱附和渗透实验,发现在经过相同退火处理的铌离子注入和铜离子注入的钨样品氘滞留量都会显著减少,且产生的缺陷具有相同的氘粒子俘获能;与初始钨样品相对比,发现铌离子的注入降低了渗透活化能,可能的原因是,离子注入增加了材料表面缺陷,使得氘粒子进入体相的能垒减少。