Page 43 - 《真空与低温》2026年第1期

40 真空与低温 第 32 卷 第 1 期

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的驱动下向下游腔室扩散 。通过四极质谱仪实 2 实验结果
时监测下游氘气分压变化，可计算得到渗透通量，
2.1 阻氘涂层表面形貌
进而根据上下游压力差与渗透速率计算阻氘下降
在完成阻氘涂层的制备后，用高分辨率扫描电
因子（PRF）。为提升实验效率，选用直径为 11 mm、
子显微镜（SEM）及其配套的能谱仪（EDS）对涂层的
厚度为 0.2 mm 的带涂层试样，并通过加热炉进行
截面厚度、表面微观形貌及元素分布进行表征。图 1
控温以加速渗透过程。实验启动后，采用下游真空
（a）为涂层的截面形貌及厚度测量结果。经 20 min
规管与四极质谱仪同步监测氘渗透通量随时间变
溅射沉积后，所制备的涂层厚度约为 1.0 μm，截面
化情况。
整体平整，未观察到明显孔洞或裂纹等结构缺陷。
1.3 紧凑型氘氘中子发生器
图 1（b）为 2 000 倍放大下的涂层表面形貌，可见氧
为了实现长脉冲、稳定、高产额的中子产出，
化铝涂层整体排列平整，结构均匀，无明显宏观缺
需要使用稳定的中子发生器持续产生离子束轰击
陷。图 1（c）为放大 5 000 倍观察，可见氧化铝晶粒
靶材中储存的氘产生中子。本文使用的中子发生
排列紧密，但晶粒间存在微观缝隙。该现象在相同
器为电子回旋共振氘氘加速器 ECR。电子源由
工艺参数制备的所有样品中均存在，尽管表面存在
2.45 GHz 的微波功率源、波导管组成的微波系统，
缝隙，但在阻氘性能测试实验中，每组样品都存在
等离子体腔室及其配属的泵组系统，由等离子体、
相同的缝隙，故其对整体阻氘性能的影响较小。后
抑制、高压三种电极组成的引出电极系统，需要测
续研究计划通过优化表面预处理及调整涂层沉积
试的靶材以及水冷系统等部分组成。ECR 中子发 参数，进一步降低表面缝隙密度。图 1（d）的 EDS
生器的工作原理是，一定角频率的微波由发生源产 元素面分布分析显示，Al 和 O 元素在涂层中分布
生后，通过过渡波导和输入口注入到具有一定磁场 均匀。元素（总含量是 100）的定量分析结果为，涂
强度的腔室中。腔室中通电后，电子会吸收微波的 层中 Al 元素原子百分比含量为 92.09，O 元素原子
能量变为高能粒子，高能粒子在与原子碰撞后会产 百分比为 7.52，同时检测到 0.39 的 Ar 元素原子百
生氘等离子体。在引出电极的作用下，氘等离子体 分比。Ar 元素存在的原因为氩气在电场作用下被
以高能量轰击在靶材上，与氘发生核聚变反应，产 电离后轰击到靶材上，少部分氩元素可能沉积在涂

生所需要的中子 [10-11] 。 层中。

1.001 μm

1 μm 5 μm
（a）镀膜厚度 （b）2 000倍率

2 μm 5 μm

（c）5 000倍率 （d）EDS元素分布
图 1 阻氘涂层微观表征
Fig. 1 Microscopic characterization of deuterium barrier coating