Page 41 - 《真空与低温》2026年第1期

真空与低温 第 32 卷 第 1 期
38 Vacuum and Cryogenics 2026 年 1 月

紧 凑 型 氘 氘 中 子 发 生 器 中 氧 化 铝 涂 层 阻 氘 实 验 研 究

2*
王维海 1,2 ，徐 伟 ，冯子楠 ，耿成龙 1,2 ，李佳乐 1,2 ，侯志宇 2
2
（1. 安徽理工大学 材料科学与工程学院，安徽 淮南 232000；
2. 合肥综合性国家科学中心能源研究院（安徽省能源实验室），合肥 230031）

摘要：靶作为紧凑型氘氘中子发生器的核心组件，其储氘性能对装置的中子产额与稳态运行具有决定性影响。
为防止氘粒子向靶衬底扩散导致靶材中氘富集度下降，引入阻氘涂层是一种有效的技术途径。该研究围绕氧化
铝阻氘涂层在中子发生器靶中的应用展开，重点从涂层制备工艺、表面形貌表征、阻氘性能及中子产额四个方面
进行分析。在涂层制备方面，为保障涂层的结构致密性，采用磁控溅射技术在无氧铜靶衬底表面沉积厚度为
1 μm 的纯铝层，随后通过空气中自然氧化的方式使其转化为氧化铝涂层。利用扫描电子显微镜对涂层进行表面
与截面形貌分析，结果显示：尽管表面存在微小缝隙，但其截面呈现出均匀致密的微观结构。进一步在气体驱动
渗透实验平台上开展不同温度下的氘渗透行为研究，结果表明：该氧化铝涂层在 750 K、850 K 与 950 K 温度条件下，
其阻氘下降因子（PRF）分别达到 145、153 与 138，显示出良好的高温阻氘稳定性。在中子发生器靶中的实际应用
测试表明：在氘离子束能量为 60 kV、束流强度为 4.82 mA 的辐照条件下，未覆盖阻氘层时的中子计数总额为 24 255，
覆盖后提升至 28 335，中子计数增幅约达 17%，验证了该氧化铝阻氘层在提升中子发生器性能方面的有效性与工
程应用潜力。
关键词：中子发生器；氧化铝涂层；阻氘下降因子；磁控溅射涂层
中图分类号：TB79 文献标志码：A 文章编号：1006-7086（2026）01-0038-06
DOI：10.12446/j.issn.1006-7086.2026.01.005

Experimental Study on the Deuterium Blocking Effects Through Aluminum Oxide
Coating in Compact Deuterium Deuterium Neutron Generator

2
1,2
1,2
2*
1,2
WANG Weihai ，XU Wei ，FENG Zinan ，GENG Chenglong ，LI Jiale ，HOU Zhiyu 2
（1. College of Materials Science and Engineering，Anhui University of Science and
Technology，Huainan 232000，Anhui，China；2. Institute of Energy，
Hefei Comprehensive National Science Center （Anhui Energy Laboratory），Hefei 230031，China）
Abstract：The target，as the core component of a compact deuterium-deuterium neutron generator，has a decisive im-
pact on the neutron yield and steady-state operation of the device due to its deuterium storage performance. To inhibit the de-
crease in deuterium enrichment in the target coating caused by the diffusion of deuterium particles to the target substrate，the
introduction of a deuterium-resistant coating is considered as an effective technical approach. This paper systematically stud-
ies the application of alumina deuterium-resistant thin coatings in neutron generator targets，focusing on four aspects: coating
preparation process，surface morphology characterization，deuterium-resistant performance testing，and neutron yield evalua-
tion. In terms of coating preparation，to ensure the structural compactness of the coating，magnetron sputtering technology is
adopted to deposit a 1 μm-thick pure aluminum layer on the surface of an oxygen-free copper target substrate，and then is
converted into an alumina thin coating through natural oxidation in ambient air. Scanning electron microscopy is used to ana-
lyze the surface and cross-sectional morphologies of the coating. The results show that despite the presence of micron-scale
gaps on the surface，the cross-section of the coating exhibits a uniform and dense microstructure. Furthermore，deuterium per-
meation behavior at different temperatures is studied on a gas-driven permeation experimental platform. The results show that
the deuterium permeation resistance factor （PRF） of the alumina coating reaches 145，153，and 138 at temperatures of 750 K，

收稿日期：2025−09−15
基金项目：合肥综合性国家科学中心能源研究院（安徽省能源实验室）项目（21KZS202）
作者简介：王维海，硕士研究生。E-mail：1544562033@qq.com
通信作者：徐伟，博士，副研究员。E-mail：xuwei@ie.ah.cn