, , 1, 1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1Институт физической химии и электрохимии РАН, Москва
Влияние температуры углеграфитового композита и графита МПГ-8 на захват
и удержание изотопов водорода
при ионной имплантации
В работе измерены спектры термодесорбции изотопов водорода из углеграфитового композита (CFC) и графита МПГ-8 после их облучения в разряде при различных температурах и подсчитаны полные количества удерживаемых частиц.
Экспериментальная установка состоит из вакуумной камеры, масс-спектрометра МХ-7304, системы откачки и электронного оборудования. Разряд зажигается между анодом и катодом в охлаждаемой плазменной камере, внутри которой размещается образец. Под нижней частью образца закреплен нагревательный элемент, позволяющий поддерживать его температуру при имплантации и обеспечивающий программируемый нагрев при проведении термодесорбционных измерений. Облучение образцов МПГ-8 проводилось ионами водорода с энергией 100 эВ/нуклон, доза облучения была 5,4×1023 атом/м2, плотность тока ионов 20 А/м2, температура облучения при имплантации от 450 до 1200 К. С образцами CFC были проведены две серии экспериментов. В обоих случаях образцы облучались ионами дейтерия с энергиями 200 эВ/нуклон для первой серии и 100 эВ/нуклон для второй серии, дозы облучения были 2´1024 атом/м2 и 7´1023 атом/м2, при этом плотности токов были 80 А/м2 и 20 А/м2 соответственно.
Количества атомов, захваченных в облученных образцах, измерялись методом термодесорбции (образцы МПГ-8 и CFC) и методом ядерных реакций (образцы CFC).
Во всех исследованных случаях термодесорбция дейтерия и водорода начиналась при температурах, превышающих температуру имплантации. В случае имплантации при повышенных температурах в спектрах термодесорбции из МПГ-8 появлялись новые максимумы. При температуре имплантации 600-750 К один из основных пиков газовыделения (в районе 800 К) раздваивается на два пика, отстоящих друг от друга примерно на 100 К. При имплантации при температурах 700-900 К появляется новый пик газовыделения в районе 1000 К. Следовательно, можно предполагать, что при нагреве в графите появляются новые типы ловушек для водорода.
С ростом температуры до 500-550 К (ТДС измерения, метод ядерных реакций) количество захваченного дейтерия в композите увеличивалось. Количество водорода в графите МПГ-8 (ТДС измерения) оставалось практически постоянным. Эти факты свидетельствуют о том, что при нагреве образцов графита МПГ-8 и CFC ускоряется отжиг разрушенной ионной бомбардировкой зоны внедрения. В результате затрудняется транспорт водорода к поверхности и его десорбция. Следовательно, увеличивается концентрация водорода в зоне внедрения и его транспорт в глубину.
При дальнейшем увеличении температуры в обоих типах графита наблюдается монотонный спад количества удерживаемого водорода, причем в графите МПГ-8 количество удерживаемого водорода при увеличении температуры облучения с 450 К до 1000 К уменьшается в значительно большей степени, чем в графитовом композите.
Можно предполагать, что при использовании CFC в диверторе ITER в условиях повышенных температур в нем будет накапливаться больше трития, чем в других типах графита.
