第一壁材料是核聚变装置内直接面向等离子体辐照环境的结构材料。钨由于高熔点、高溅射阈值及低燃料滞留等优势被称为聚变堆面向等离子体第一壁材料的候选材料。聚变反应产物氦对壁材料造成的辐照损伤、滞留及对氢同位素滞留的影响也不利于聚变材料的性能及服役寿命。材料内氦滞留行为及深度分布的研究有助于深刻理解氦与壁材料之间的相互作用。因此本文主要利用磁控溅射、离子注入设备制备氦含量可控的薄膜及第一壁整体材料,并结合卢瑟福背散射(RBS)、扫描电镜(SEM)、透射(TEM)、热脱附谱(TDS)、SRIM软件模拟及辉光放电光谱(GDOES),建立GDOES分析不同材料(含氦钨薄膜、钨、铜及EUROFER97钢)中氦浓度分布,定量研究氦在第一壁中滞留规律以及氦滞留对后续氘辐照后材料表面形貌、氘氦滞留行为的影响。主要研究结果如下:(1)通过在氩氦混合气氛下磁控溅射钨靶,制备氦含量可控的钨薄膜。制备的钨氦薄膜表面光滑致密,断面均呈柱状型结构。钨氦薄膜热脱附谱中氦在高温区(1300 K)存在脱附峰,高温区氦脱附行为大多与氦空位复合物、团簇及气泡的形成有关。厚度为1200 nm的氦钨薄膜,其脱附峰并不明显,可能是因为氦脱附温度较高或氦是惰性元素,钨氦膜制备过程中氦离子能量低,无注入效果且不与钨共沉积。(2)利用氦离子注入钨、铜及EUROFER97钢材料制备含氦第一壁材料,通过SRIM、TEM及GDOES等分析方法对材料内氦的深度及浓度进行标定和分析。结果表明:400 keV氦离子注入钨和铜后,分别在0.7μm与0.8μm~1.3μm区形成大量氦泡,氦分布与SRIM模拟一致,少量氦在材料内部发生扩散并超出注入能量区范围。利用GDOES及台阶仪对刻蚀坑进行深度分析,通过溅射时间与深度计算得到钨、铜及EUROFER97钢的溅射率分别为18.3 nm/s、31.5 nm/s和12.0 nm/s。当氦离子浓度超过0.01 at.fr时,GDOES测量氦的峰值浓度更为准确。通过TDS和GDOES方法积分计算氦总滞留量,发现TDS方法测得的钨样品内氦总滞留量值低于GDOES计算值,这主要由于热脱附试验中加热温度限制氦并未从样品中完全脱附。GDOES和TDS测试的铜或EUROFER97钢中的氦总量值基本相同,略高于SRIM模拟计算的氦总量值,这一现象受材料内氦扩散影响。(3)进一步考察高能氦离子注入后钨材料服役行为,分析了钨经氘等离子体辐照后的表断面形貌、氘热脱附行为及氘氦的深度分布。结果表明:TEM观察到钨中氦浓度峰值位置处存在高密度氦泡。GDOES测量钨中氦离子辐照损伤区氘滞留浓度显著增加。TDS测试发现氦离子预注入后钨中氘释放峰明显增强且向低温区扩展,表明氦离子预注入使钨中出现大量位错等氘的低能俘获位并使其中空位团簇等高能俘获位增多。