靶是中子发生器的关键部件,其中子产额与靶性能的稳定性密切相关,探索离子束对靶性能的影响因素及其影响程度是提高强流中子发生器使用寿命的基本物理问题,也是强流中子发生器优化设计和可持续发展的迫切需要。本文主要针对束靶相互作用过程中的关键物理现象,研究基于(d,T)或(d,D)型中子发生器中的束靶相互作用过程,主要讨论极端束流条件下离子束对氘钛膜热损伤和辐射损伤方面影响的变化规律。通过开展脉冲离子束致氘钛膜损伤特性的实验研究,揭示了束流对氘钛膜表面形貌、物相结构、辐照缺陷方面影响的变化规律,并结合束靶相互作用的热-力耦合效应与辐射损伤效应的数值建模,进一步探明束靶相互作用过程中的物理机制。其主要结论可归纳成以下几点：1、研究了脉冲离子束致氘钛膜表面形貌的变化特点,获得了脉冲离子束致膜表面形貌变化的规律。通过分别采用能量密度为0.1J/cm2、0.3J/cm2和0.5J/cm2的脉冲离子束逐次辐照氘钛膜后发现：0.1J/cm2条件下,氘钛膜表面晶粒在20次辐照后,存在较为明显的平整化趋势；0.3J/cm2条件下,随着辐照次数的增加表面晶粒存在着细化趋势和轻微的重熔；能量密度达到0.5J/cm2后,在扫描电镜下能明显观察到氘钛膜表面晶粒重熔、再结晶的痕迹,并伴随着十分明显的开裂现象和密集的白色点状喷射物。对膜表面特征烧熔点的元素成分分析进一步表明,膜面并不存在明显的烧蚀现象,主要以重熔为主,膜面的白色烧熔点源自于离子源的阳极材料喷射物。膜表面的粗糙度在三种束流能量密度下均随着辐照次数的增加最终存在下降的趋势,能量密度越高这种趋势越发明显,表明了膜表面存在着不同程度的熔化。结合扫描电镜结果表明,虽然低能量密度条件下的单次辐照无法给膜表面带来明显的热损伤现象,但是多次重复辐照所产生的“累积效应”仍不可忽略。氘钛膜表面的动载划痕结果表明,多次的脉冲束辐照能降低膜表面的摩擦系数；划痕形貌表明,特别是在0.5J/cm2条件下,脉冲离子束的热损伤效应导致膜面重熔,使其内部结构更加致密化,同时还能提高膜材的硬度、韧性,从而减小其塑性形变的程度。2、理论计算了脉冲离子束致氘钛膜表面的温升效应,获得了脉冲离子束致氘钛膜热-力耦合效应的物理模型。采用有限元的方法对脉冲束流辐照氘钛膜的热-力耦合过程进行数值建模。温度计算结果表明0.1J/cm2的脉冲束流辐照无法使氘钛膜表面温度达到熔点；0.3J/cm2的束流只能使膜材表面发生轻微的熔化；而0.5J/cm2的束流则能使膜材表面发生显着的熔化。计算结果符合扫描电镜下观察到的膜面熔化现象的变化规律。应力计算结果表明在脉冲束流辐照下膜表面的热应力值最大,并沿着膜深度的增加而快速的减小,但在薄膜-基体交界处又突然增大,膜结构单元体的位移量在表面附近取值最大并随着膜的深度方向减小。数值结果较好的解释了实验中所观察到的氘钛膜表面的开裂现象以及膜面的宏观残余应力随脉冲次数的演化规律,表明了造成氘钛膜出现严重热损伤现象的物理机制正是脉冲离子束辐照所产生的显着热-力耦合效应。最后,我们从数值上验证了脉冲束流辐照下膜表面不均匀结构的“择优熔化”现象。计算了三角形、半圆形两种类型微凸起结构的“择优熔化”程度随模型尺寸参数的变化规律。三角形微凸起的“择优熔化”程度随高h、底t分别呈现单调增加和减小的趋势；而半圆形的“择优熔化”程度随半径r呈现先增加后减小的趋势。而后,计算了脉冲时间因子和微凸起的热扩散高度对择优熔化程度的影响,从数值角度表明了“择优熔化”程度是由能量沉积速率和脉冲期间材料的热扩散效率共同决定的。3、研究了脉冲离子束致氘钛膜物相转变和氘的释放行为,获得了脉冲离子束致氘钛膜物相转变和化学元素变化的规律。脉冲离子束所具有的瞬时升温-降温特点促成了氘钛膜内一种非平衡氘化钛相结构的形成。X射线衍射表明当脉冲束流能量密度达到0.5J/cm2时,氘钛膜开始发生相变,其中伴随着纯钛相的析出和一种非平衡bct TiD2(x)相结构的形成。在常规的热脱附实验中,往往只能观察到钛氢化物的平衡热分解物相,但脉冲离子束所具有的瞬时升温-降温特点所产生的高温高压的非平衡热-力学过程有利于这种bct TiD2(x)相结构的形成,并在随后的急速冷却过程中保存了下来。在脉冲束流辐照下,氘钛膜内的氘有向表面聚集的趋势。虽然X射线衍射表明在能量密度为0.5J/cm2条件下,氘化钛内已经析出了纯钛物相,表明了其存在热分解,但二次离子质谱却未给出膜面氘大量释放的证据,说明膜表面的氘化钛分解以后,膜内部的氘有往表面迁移的趋势,而不是简单的在膜表面存在个氘的耗尽层。4、研究了脉冲离子束致氘钛膜辐照缺陷产生和演化的行为,获得了辐照缺陷产生的物理模型及其演化规律。慢正电子湮没多普勒展宽S参数表明原始纯钛膜吸氘后能在膜内引入可观量的缺陷且缺陷的深度分布较为均匀；脉冲束流辐照同样能在膜内引入大量缺陷,但缺陷分布不均匀,缺陷浓度峰值位于距离膜面约0.5μm以内。TRIM表明束流能量密度越高、辐照次数越多,膜内的辐照缺陷浓度越高。但由于实际束流辐照过程中的热效应使膜表层晶粒不断重熔再结晶,最终导致膜表层所产生的辐照缺陷得到退火,导致多次、高能量密度的脉冲束流辐照后膜面的缺陷浓度呈现出下降的趋势。