Radiation damage evolution in pure W and W-Cr-Hf alloy caused by 5 MeV Au ions in a broad range of dpa

Abstract

Čistý W a slitina W-Cr-Hf, které jsou perspektivními materiály pro jaderné fúzní reaktory, jako je DEMO, byly ozářeny při pokojové teplotě 5 MeV ionty Au2+ s dávkami mezi 4 × 10e14 a 1,3 × 10e16 ionty.cm-2 za účelem vytvoření různých úrovní poškození mřížky od jednotek až po desítky dpa. Odlišný charakter akumulace radiačního poškození, mikrostruktura a povaha defektů byly pozorovány u čistého W i slitin W-Cr-Hf, přičemž tyto slitiny vykazovaly zajímavou schopnost reorganizace poškození a snížení velikosti defektu při vyšších dávkách iontů, jak bylo stanoveno pozitronovou anihilační spektroskopií. (PAS). Vysoká míra radiačního poškození v ozařované vrstvě byla prokázána ve vzorcích W již při nižších dávkách Au-iontů ve srovnání se vzorky W-Cr-Hf, kde se poškození stupňovitě zvyšovalo s rostoucí dávkou Auiontů. Zřetelná akumulace defektů byla doprovázena odlišnou distribucí implantovaných Au-iontů v ozařované vrstvě stanovenou sekundární iontovou hmotnostní spektrometrií (SIMS), stejně jako tepelné vlastnosti ukázaly následné zhoršení hloubky v dobré shodě s Au koncentračními hloubkovými profily. TEM potvrdila výše uvedená zjištění, kde podpovrchová vrstva vykazovala po ozáření uvolnění defektů, maximum hustoty dislokační smyčky bylo identifikováno v hloubce podle predikovaného maxima dpa (posun částic na atom) pro nižší dávku Au-iontů. Kromě toho TEM ukazuje, že struktura pásu hustoty dislokací se objevila ve vzorcích W-Cr-Hf vykazujících pásmo defektů s vysokou hustotou podle projektovaného rozsahu Au-iontů současně s další vrstvou s většími izolovanými dislokacemi vyjádřenými ve větší hloubce jako rostoucí funkce dávky Au-iontů. Takový jev nebyl u W vzorků pozorován.