钨因其优良的材料性能成为最具潜力的第一壁材料。托卡马克装置运行过程中,第一壁材料溅射出的杂质钨原子会进入刮削层甚至中心等离子体,导致功率损耗甚至等离子体破裂,影响装置的稳态运行;钨会再沉积到第一壁壁材料表面,形成刻蚀-再沉积循环,影响材料表面形貌和滞留性能。同时滞留在再沉积层/壁材料中的氢同位素会影响等离子体密度控制和燃料燃烧效率,而具有放射性的氚也会影响装置的核安全。本文基于离子束注入深度标记物技术,利用中国国家大科学装置东方超环EAST上搭载的材料与等离子体分析平台(Material And Plasma Evaluation System,MAPES)和韩国国家聚变实验装置KSTAR上的偏滤器材料实验平台开展辐照实验。通过国际合作,利用多种分析手段对辐照后的标记钨材料进行表征,定量研究轧制钨刻蚀行为,以及氢同位素在钨中滞留行为。首先,在EAST上研究钨材料辐照性能变化。电火花切割表面更容易沉积装置内的杂质元素,材料表面沉积了装置内的钼、铜、碳等元素。随着辐照时间的延长,氘滞留量增加,所有样品第一条脱附峰温度略高于辐照基底温度,并且发现一条温度为1070K的高温脱附峰。短时间累积辐照,氘在钨材料表面与次表面的滞留浓度相差很小,相比于前者,长时间辐照的样品表面氘滞留浓度增加,而次表面浓度减少。由于MAPES装置辐照位置限制,不能够引起表面足够的形貌变化和刻蚀厚度变化。该研究可为钨材料在托卡马克装置中的应用提供经验。其次,在KSTAR装置上开展了材料辐照实验。辐照后材料表面沿着晶界出现裂缝,相比于轧制方向与被辐照表面垂直样品,平行样品表面产生裂缝更宽,并且溅射损失表层厚度更大;不同样品表面出现不同尺寸的起泡,并观察到氢泡破裂遗留的凹坑,材料表面沉积了来自装置内部与样品座的碳、铁、镍、钼等元素;所有样品均出现两条不同含量比例的高温脱附峰,第一条温度为880K,第二条温度为1040K,氘大量滞留在材料的次表层,而在更深层固体中滞留量很少。本研究验证了离子束注入标记物技术在托卡马克环境下研究钨材料刻蚀行为的实用性,为未来聚变装置中钨材料的研究和分析提供了经验与参考。