Surface modification and deuterium retention in reduced-activation steels under low-energy deuterium plasma exposure. Part I: undamaged steels

材料科学 通量 核反应分析 分析化学(期刊) 热脱附光谱法 氧化物 溅射 表面粗糙度 解吸 冶金 离子 复合材料 原子物理学 薄膜 纳米技术 化学 物理 有机化学 色谱法 吸附
作者
O.V. Ogorodnikova,Zhangjian Zhou,K. Sugiyama,M. Balden,Yu. Gasparyan,V. Efimov
出处
期刊:Nuclear Fusion [IOP Publishing]
卷期号:57 (3): 036010-036010 被引量:29
标识
DOI:10.1088/1741-4326/57/3/036010
摘要

In this paper, reduced-activation ferritic/martensitic (RAFM) steels including Eurofer (9Cr) and oxide dispersion strengthening (ODS) steels by the addition of Y2O3 particles with different amounts of Cr, namely, (9-16)Cr were exposed to low energy deuterium (D) plasma (~20–200 eV per D) up to a fluence of 2.9 × 1025 D m−2 in the temperature range from 290 K to 700 K. The depth profile of D in steels was measured up to 8 µm depth by nuclear reaction analysis (NRA) and the total retained amount of D in those materials was determined by thermal desorption spectroscopy (TDS). It was found that the D retention in ODS steels is higher compared to Eurofer due to the much higher density of fine dispersoids and finer grain size. This work shows that in addition to the sintering temperature and time, the type, size and concentration of the doping particles have an enormous effect on the increase in the D retention. The D retention in undamaged ODS steels strongly depends on the Cr content: ODS with 12Cr has a minimum and the D retention in the case of ODS with (14-16)Cr is higher compared to (9-12)Cr. The replacing of Ti by Al in ODS-14Cr steels reduces the D retention. The formation of nano-structure surface roughness enriched in W or Ta due to combination of preferential sputtering of light elements and radiation-induced segregation was observed at incident D ion energy of 200 eV for both Eurofer and ODS steels. Both the surface roughness and the eroded layer enhance with increasing the temperature. The surface modifications result in a reduction of the D retention near the surface due to increasing the desorption flux and can reduce the overall D retention.
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