Термодесорбция дейтерия из графита

, ю. м. гаспарян, к. м. гуторов,

а. а. Писарев, н. н. трифонов

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

термодесорбция дейтерия из графита

Измерены термодесорбционные спектры (ТДС) дейтерия из графита МПГ-8 и композита N11, облученных в магнетронной плазме и плазменно-пучковом разряде дозой D/см2. Наблюдалось выделение дейтерия в виде D2, HD, CD4.

В данной работе проведены эксперименты по термодесорбции дейтерия из графита МПГ-8 и композитного материала N11. Образцы облучались в магнетронном (Институт физической химии РАН, Москва) и в пучково-плазменном разряде (МИФИ). Образцы размерами 1´1 см2, толщиной 1 мм перед облучением полировались с одной стороны и не отжигались. Температура образцов при облучении на обоих установках была менее 370 К, энергия частиц - около 200 эВ/D. Доза облучения в магнетронном разряде составляла порядка D/см2, пучково-плазменном разряде (ППР) – порядка 1019 D/см2. При облучении в магнетронном разряде поверхность образцов сильно модифицировалась, что было видно даже визуально. В электронном микроскопе наблюдаются области с двумя типичными рельефами на поверхности. Один из них – волнообразная поверхность, а другой – система плотно расположенных столбов высотой порядка 10 мкм. После облучения в ППР видимых на глаз изменений поверхности не было. В электронном микроскопе было видно, что тонкий слой материала был также модифицирован.

Все полученные ТДС молекулярного дейтерия D2 имеют близкую структуру. Газовыделение происходит в интервале 400–1200 К, наблюдается 3 явных максимума: 400-500 К, 700-800 К и К. В зависимости от дозы облучения и установки, в которой облучался образец, а также материала наблюдается разное соотношение амплитуд пиков.

На рис. 1 показаны спектры D2 для МПГ-8 и N11, облученных в магнетронном разряде. При максимальной дозе спектры D2 для различных материалов заметно отличаются. Для МПГ-8 наблюдается заметное преобладание пика при 800 К, а для N11 пики при 800 К и 1100 К близки по амплитуде. После облучения МПГ-8 в ППР в спектрах D2 также преобладает второй пик, но он находится при 700 К. Это может быть связано как с меньшей дозой, так и со спецификой облучения.

Сигнал HD по амплитуде обычно порядка сигнала D2, а в экспериментах на ППР даже заметно больше. Газовыделение HD коррелирует с газовыделением либо D2, либо H2, либо обеих частиц (рис. 2). Это может говорить о том, что образование HD происходит в результате рекомбинации атомов H и D на поверхности.

Cигнал 20 а. е.м. (предположительно CD4) сравним по амплитуде с D2, а значит его тоже необходимо учитывать в расчете количества захваченного дейтерия. Большинство спектров имеют один основной пик, 800-900 К для различных образцов. Также наблюдается выделение при более низких температурах (возможно, D2O).

Рис. 1. Спектры D2 для МПГ-8 (слева) и CFC (справа) графитов
Рис. 2. ТДС H2, D2 и HD из МПГ-8, доза 2×1020 D/см2