基于新型金屬氘化物電極的真空弧離子源性能研究

呂會(huì)議 王 韜 楊 振 董晨陽(yáng) 徐浩博 董 攀

1（西南科技大學(xué)國(guó)防科技學(xué)院 綿陽(yáng) 621010）

2（中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所 綿陽(yáng) 621900）

3（中山大學(xué)中法核工程與技術(shù)學(xué)院 珠海 519082）

真空弧放電因能產(chǎn)生強(qiáng)流金屬離子束或者金屬氣體混合離子束，而被廣泛應(yīng)用于材料表面改性、半導(dǎo)體摻雜及高能物理研究用粒子加速器等領(lǐng)域［1］。金屬氘化物，如氘化鈦、氘化鋯等一元金屬氘化物以及合金氘化物替代普通金屬電極用作真空弧離子源的陰極，在電極之間放電過(guò)程中，將產(chǎn)生強(qiáng)流氘離子和各價(jià)態(tài)金屬離子，這在中子發(fā)生器、強(qiáng)流加速器領(lǐng)域具有廣泛的研究和應(yīng)用前景。真空弧放電的顯著特點(diǎn)是在陰極表面陰極斑處，快速地發(fā)生陰極材料由固態(tài)向氣態(tài)，以及等離子體態(tài)的相位轉(zhuǎn)變，在這個(gè)過(guò)程中陰極斑區(qū)域?qū)?huì)發(fā)生強(qiáng)烈的熱力學(xué)行為變化，因此要求金屬氘化物電極材料具有好的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。同時(shí)，為了提高氘離子的比例，通常采用高氘原子比的金屬氘化物，如氘與金屬原子數(shù)比例接近2:1。氘化鈦?zhàn)鳛橐环N固態(tài)儲(chǔ)氫材料，在常溫常壓下具有極高的氫密度，是一種最常見(jiàn)的金屬氘化物電極材料，在過(guò)去的30年間，氘化鈦材料在真空弧離子源領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并開展了大量的研究［2-11］。然而由于氫化物材料本身存在氫脆效應(yīng)，基于氘化鈦材料的電極源片易產(chǎn)生肉眼可見(jiàn)的宏觀裂紋，會(huì)嚴(yán)重影響到離子源放電的穩(wěn)定性。在大弧流放電時(shí)更易發(fā)生電極源片表面大面積噴裂、脫落等現(xiàn)象，在影響放電穩(wěn)定性的同時(shí)也大大降低了電極源片的使用壽命。……