磁控溅射沉积含He纳米晶钛膜制备

采用直流磁控溅射方法，通过分别改变衬底温度及He分压来制备不同氦含量的钛膜。利用PBS、XRD、TEM及AFM分别对钛膜中的He含量、平均晶粒尺寸及膜的表面形貌进行分析。结果表明：在不同温度范围内，温度变化对所制备钛膜中He含量的影响明显不同；He含量与晶粒尺寸直接相关，氦原子进入钛膜后，抑制了晶粒的长大；随着钛膜中He与Ti的原子个数比由1.0%增加到11.9%，TEM测得的平均晶粒尺寸由约35nm减小到约4nm；选择合适的He分压，能够制备出He含量较高的氦钛膜。     

基体温度对钛膜表面形貌和力学性能的影响研究

应用电阻蒸发镀膜方法在钼基体表面沉积钛膜。采用X射线衍射仪（X-ray Diffraction,XRD）对钛膜的物相进行表征，获得钛膜的择优取向；采用扫描电镜（Scanning Electron Microscope,SEM）和原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）对钛膜的表面形貌进行表征，获得钛膜的晶粒尺寸分布情况及表面粗糙度；采用AFM纳米压痕技术对钛膜的力学性能进行表征，获得钛膜的弹性模量。结果表明：基体温度对钛膜的微观结构及力学性能有重要影响，在600～750℃范围内，随着基体温度的升高，钛膜晶粒取向的主要影响因素由应变能变为表面能，钛膜的择优取向由（101）变为（002）；基体温度的升高增强了基体表面钛原子的扩散能力，钛膜的平均晶粒尺寸、粗糙度及弹性模量均随基体温度的升高而增大。     

氕氘在锆膜中的分布

电阻蒸发制备的锆膜氢化后,利用二次离子质谱(SIMS)对其进行了深度剖析与成像分析,结果表明氕与氘在锆膜深度分布均匀,在过渡层中呈递减分布,并消失于过渡层与衬底的交界处.锆膜在n(H):n(D)=0.82的气氛中氢化时,会因同位素效应而使氕氘化锆膜中氕的含量高于氘的含量.锆膜表面若有铝、铁、钾以及钠等元素的污染时,会造成表面氕与氘分布不均匀,氕与氘的不均匀分布分别与铝及锆的不均匀分布有关.     

氕氘在锆膜中的分布

电阻蒸发制备的锆膜氢化后，利用二次离子质谱(SIMS)对其进行了深度剖析与成像分析，结果表明氕与氘在锆膜深度分布均匀，在过渡层中呈递减分布，并消失于过渡层与衬底的交界处。锆膜在n(H)：n(D)=0.82的气氛中氢化时，会因同位素效应而使氕氘化锆膜中氕的含量高于氘的含量。锆膜表面若有铝、铁、钾以及钠等元素的污染时，会造成表面氕与氘分布不均匀，氕与氘的不均匀分布分别与铝及锆的不均匀分布有关。     

纳米及超细晶结构锆金属腐蚀速率计算模型

本文在Wagner理论和固体电子理论的基础上,将电导率与电子的平均自由程及晶粒尺寸的关系联系起来,建立了纳米及超细晶结构金属腐蚀速率一晶粒尺寸关系模型,并结合锆金属的性质,模拟计算了不同温度下晶粒尺寸对锆合金腐蚀速率常数的影响,结果表明,与普通品粒相比,纳米晶粒尺寸下锆Zr的腐蚀速率常数和腐蚀增重,远低于普通晶粒纯Zr的腐蚀速率常数和腐蚀增重,同时,随着纳米晶粒尺寸的减小Zr的腐蚀速率常数也降低,显示晶粒纳米化处理可以改善锆金属的腐蚀性能.     

纳米结构锆合金组织氧化膜结构演变的XRD分析

利用X射线衍射（XRD）方法研究了纳米结构锆-4合金在400℃水腐蚀过程中氧化膜结构的演变特征，进而考察组织纳米化对锆-4合金抗腐蚀性能的影响。研究结果表明，纳米组织锆-4合金的氧化膜结构演变趋势类似于普通锆-4合金。然而，纳米化处理使合金表层组织向（101）、（102）等低指数面产生了显著的择优取向；纳米面形成的氧化膜中，其ZrO2的晶粒尺寸小于普通粗晶面形成的氧化膜中的ZrO2晶粒尺寸；实验结果还显示，纳米化后锆-4合金组织氧化膜中四方ZrO2向单斜ZrO2转变的速率小于普通组织形成的氧化膜中的转变速率。本文对纳米化处理导致锆-4合金腐蚀动力学过程和结构演变细节的变化进行了初步的分析和讨论。     

Cu／LiF团簇基多层纳米膜的结构研究

用蒸发／冷凝方法制备Cu/LiF团簇基多层膜，用广延X射线吸收精细结构（EXAFS）和慢正电子束进行研究。与相应的本材料相比，虽然未发现Cu-Cu键长有明显收缩，但其配位数减少，结构无序性增加。同时，讨论了制备条件对其微结构的影响。     

含氦纳米晶钛膜的PBS和XRD研究

为研究不同晶粒尺寸纳米钛膜的储氦行为,在He-Ar混合气体下,用磁控溅射方法沉积纳米晶钛膜,利用PBS(proton backscattering)、XRD(X-ray diffraction)对膜的氦含量和微观结构及晶粒大小进行了研究.结果表明:在其它实验参数不变的情况下,当沉积温度从60℃升至350℃时得到均匀分布的含氦量(指原子百分比)从38.6%逐渐降至9.2%的钛膜,其平均晶粒由13.1 nm增加到44.2 nm;当He/Ar分压比分别为6、10、15、19时得到均匀分布的含氦量分别为17.6%、47.2%、48.3%和38.6%的钛膜.He的引入引起(002)晶面衍射峰向小角度移动,但(100)晶面衍射峰不变,即晶胞参数c增加,a不变化;随膜中He含量的增加,衍射峰展宽,晶粒变小,显示出氦的掺入有抑制纳米晶粒长大的趋势.     

氢化锆表面CO2反应层XPS分析

通过X射线光电子能谱分析了经过700℃加热前后的用CO2反应法制备的氢化锆表面反应层中一定深度(100nm、200nm和300nm)的C、O和Zr的化学态,并用相对灵敏度因子法对X射线光电子能谱分析结果进行了计算分析.结果表明:700℃加热前的膜层中含有C、O和Zr以及C-H键和-OH键;经过700℃加热以后,氢化锆表面氢渗透阻挡层中不仅有C-H键和-OH键,而且还出现了-COOH,与H结合的C、O量增大.     

掺钕钙钛锆石基玻璃陶瓷制备及浸出性能研究

采用熔融-热处理工艺制备了掺钕钙钛锆石基玻璃陶瓷,研究了不同热处理工艺对玻璃陶瓷晶相结构的影响,用粉末静态浸泡法（PCT法）对玻璃陶瓷的浸出性能进行了评价。结果表明,玻璃陶瓷的玻璃转变温度（T_g）和析晶峰温度分别为580 ℃和740 ℃。采用先制备玻璃再进行热处理的方法（二步法）很容易生成CaTiO₃晶相,而采用从熔融温度降低到核化温度成核,再升高到晶化温度进行热处理的方法（一步法）,可获得稳定的2M型CaZrTi₂O₇晶相,且CaZrTi₂O₇晶粒呈树枝状分布在玻璃基质中。玻璃陶瓷固化体中B和Na元素的归一化质量损失在14 d后达到稳定值（约1 mg/m²）,Nd元素的归一化质量损失在28 d后达到稳定值（约0.2 mg/m²）,均较硼硅酸盐玻璃固化体的低1个数量级。     

Electron Cyclotron Heating (ECH) of Tokamak Plasmas

Electron cyclotron heating (ECH) is one of the intense methods of plasma heating, and which utilizes the collisionless electron-cyclotron-resonance-interaction between the launched electromagnetic waves (called electron cyclotron waves) and electrons which are one of the constituents of the high temperature plasmas. Another constituent, namely the ions which are subject to nuclear fusion, are heated indirectly but strongly and instantly (in about 0.1 s) by the collisions with the ECH-heated electrons in the fusion plasmas. The recent progress on the development of high-power and high-frequency millimeter-wave-source enabled the ECH experiments in the middle size tokamaks such as JFT-2M (Japan), Doublet III (USA), T-10 (USSR) etc., and ECH has been demonstrated to be the sure and intense plasma heating method. The ECH attracts much attention for its remarkable capabilities; to produce plasmas (pre-ionization), to heat plasmas, to drive plasma current for the plasma confinement, and recently especially by the localization and the spatial controllability of its heating zone, which is beneficial for the fine controls of the profiles of plasma parameters (temperature, current density etc.), for the control of the magnetohydrodynamic instabilities, or for the optimization/improvement of the plasma confinement characteristics. Here, the present status of the ECH studies on tokamak plasmas are reviewed.     

对蒸发曳力模型的修正

建立了一套研究高温小球落水的工程热物理基础实验装置。在此装置上进行了一系列实验,证实了蒸发曳力模型的可信性．同时也发现其局限性：对蒸发曳力模型进行了修正,增加考虑了辐射热在液体内部和汽液交界面的分布及对流换热对小球落水阻力的影响,扩大了蒸发曳力模型的适用性。     

Sodium Evaporation into a Forced Argon Flow, (II)

The critical supersaturation model (CSM) was examined by comparing its predictions with the experimental data of the forced evaporation of sodium reported in Part (I) of this series of papers. The results revealed that the CSM predicted a fairly lower Sherwood number than that predicted in the experiment. This discrepancy may be due mainly to the oversimplified assumptions in the CSM.

A calculation of the fog movement in a boundary layer was also attempted by taking into account the force on fog particles by thermophoresis. The calculation showed that the particles were submerged deeply in the boundary layer and that they absorbed sodium vapor in accordance with their size. It was concluded that the fog movement in the boundary layer was essentially important for the exact estimation of the evaporation rate.     

Heating frequency optimization for artificial field-aligned scattering

In this study, we present a simulation study of artificial field-aligned irregularities (AFAI) to calculate the scattering coefficient considering a Gaussian autocorrelation function for the wave number spectrum of the density fluctuation. By analyzing variations in the scattering coefficient under different ionospheric backgrounds, the optimal range of the heating frequency was found, which is about 0.9–1 times the critical frequency of the F2 layer. This is especially noticeable as when the heating frequency varies from 0.5 times to 0.9 times of the critical frequency, the scattering coefficient increases by 6.8–16.2 dB. These results should be useful for optimizing the heating frequency in the future artificial field-aligned scattering (AFAS) transmission applications at middle and low latitudes.     

Current Status of ICRF Heating Experiments on EAST

Radio frequency (RF) heating in the ion cyclotron range of frequencies (ICRF) is one of the primary auxiliary heating methods for EAST. The ICRF system provides 6 MW power in primary phase and will be capable of 10 MW later. Three 1.5 MW ICRF systems in a frequency range of 25 to 70 MHz have already been in operation. The ICRF heating launchers are designed to have two current straps with each driven by a RF power source of 1.5 MW. In this paper a brief introduction of the ICRF heating system capability in EAST and the preliminary results in EAST are presented.     

Pt/C催化剂的高压微波法制备及氢同位素交换性能研究

以异丙醇为分散溶剂与还原剂,采用高压微波加热法制备了Pt/C催化剂,研究了不同实验条件对Pt尺寸的影响,利用XRD、TEM对催化剂进行了表征。再将Pt/C催化剂和聚四氟乙烯混合,负载至泡沫镍上得到疏水催化剂,研究其对氢 水液相催化交换反应的催化性能。结果表明：加入保护剂乙酸钠、羟基乙酸钠、柠檬酸氢二钠后,Pt/C催化剂的活性金属团聚现象减少,Pt平均尺寸明显减小（由4.4 nm分别降低到2.3、2.5、2.3 nm）;升温速率对Pt尺寸影响较大,随着升温速率的提高,活性金属Pt的尺寸减小;而pH的变化对Pt粒子的尺寸影响较小。加入保护剂有利于氢 水交换反应的催化剂活性,Pt尺寸为2.3～4.4 nm时,催化剂活性随Pt尺寸减小而提高。     

蒸汽爆炸粗混合阶段冷液中高温球传热阻力耦合特性的实验研究

采用蒸发电力模型,设计了高温颗粒同水相互作用的实验装置,进行了一系列单个,多个粒子在不同温度,不同入水初速度和不同冷液过冷度情况下的系列阻力实验,初步实验分析表明,高温颗粒在刚刚穿过冷液表面的下沉速度明显低于冷态颗粒的速度,实验值与蒸发曳力模型计算值符合较好.     

分子束外延生长ZnO薄膜及性能研究

用分子束外延（MBE）和氧气氛方法，并改变束源炉和衬底生长温度，在Si(100)衬底上，采用Zn作缓冲层以解决ZnO层与衬底间的晶格失配问题，生长得到ZnO薄膜。在ZnO/Zn/Si(100)薄膜样品的X射线衍射（XRD）谱中，观测到ZnO的（100）、（200）、（101）和（103）等衍射峰；用原子力显微镜（AFM）观测ZnO薄膜的表面形貌，为直径约80－90mm的量子点，表明已得到具有纳米结构的ZnO薄膜。用同步辐射EXAFS技术研究了ZnO薄膜的局域结构，得到有关的几个结构参数。     

武器级钚材料衰变热功率数值计算与分析

武器级钚(WgPu)的热、力、核辐射作用是核武器整装贮存研究面临的关键课题之一。本工作以WgPu材料为研究对象,依据相应公开资料,通过多分支递交衰变递归算法计算得到每千克WgPu的衰变热功率变化规律。在线性规律显著条件下,对其进行最小二乘法回归分析,得到每千克WgPu热功率与时间的函数关系式。该公式拟合精度很高,可用于核武器整装贮存研究中WgPu材料热力学分析。     

高温颗粒在液面下运动的蒸发阻力模型

在蒸汽爆炸的粗混合过程中,由于液体的快速蒸发,高温颗粒周围会产生一层很薄的蒸汽膜,此时高温颗粒周围的边界层流动与没有液体蒸发时有很大差别.因此,采用常温情况下颗粒在连续液体中运动时的阻力模型是不适用的.本文通过受力分析,考虑高温颗粒受力的分布及表面蒸发对颗粒运动的影响,提出了单个高温颗粒在液面下运动时的蒸发阻力模型.理论分析表明,蒸汽膜的厚度对阻力大小有很大的影响,在蒸汽膜的生长初期,除了相对速度较高的情况,蒸发阻力要大于一般阻力模型的计算值.计算结果表明,除非初始汽膜厚度或相对速度很大,否则计算高温颗粒在液面下运动的阻力时必须要考虑蒸发阻力.