鎢表面輻照導(dǎo)致的濺射問題的理論研究.pdf

1、目前人類社會面臨能源緊缺和環(huán)境污染兩大問題，因此需要研究一種新型、清潔、可持續(xù)的能源。核聚變能源由于H原料存儲豐富、使用無污染而引起了人們廣泛的關(guān)注。但是核聚變反應(yīng)發(fā)生在極高的溫度下（大約幾千萬攝氏度）并且產(chǎn)生更高的溫度和高能粒子，因此需要特殊的容器來承載并控制核聚變的發(fā)生。國際熱核聚變反應(yīng)堆(ITER)是一個旨在驗證核聚變在技術(shù)和科學(xué)上可行的大型科學(xué)實驗。ITER利用托卡馬克裝置通過產(chǎn)生磁場控制等離子體從而實現(xiàn)核聚變反應(yīng)的發(fā)生。在等離

2、子體里有各種各樣的高能粒子，比如中子、氫離子及其同位素、氦離子等。這些粒子可能會從等離子體中逃脫并撞擊到第一壁材料上，因此第一壁材料需要有很好的熱力學(xué)性能。鎢和鎢基材料由于高熔點、高熱導(dǎo)率、低濺射率和低滯留率被選為第一壁材料。但鎢也不是完美的第一壁材料，被濺射出的鎢原子進(jìn)入等離子體而對等離子體造成災(zāi)難性的影響，因此研究鎢材料的濺射問題是很有必要的。在本文中，我們采用緊束縛勢分子動力學(xué)程序模擬研究鎢材料(110)表面輻照導(dǎo)致的原子濺射問題

3、以及鎢材料內(nèi)微孔演化的問題。本文共分為四章內(nèi)容。
　　第一章主要介紹了第一壁輻照材料的研究背景，講述了第一壁材料的選取，以及鎢材料的優(yōu)勢和在服役過程中可能遇到的問題，并且提出了關(guān)于第一壁輻照鎢材料目前還亟待解決和研究的問題。
　　在第二章中，介紹了我們在本研究中使用的主要理論方法，包括分子動力學(xué)的基本理論，緊束縛勢模型簡介以及VASP軟件包的簡要介紹。
　　第三章是本篇研究工作的主體內(nèi)容，詳細(xì)地介紹了我們對鎢(110)

4、表面進(jìn)行輻照濺射理論研究的過程和結(jié)果。我們采用緊束縛勢分子動力學(xué)方法研究了當(dāng)高能粒子轟擊第一壁材料時濺射粒子是如何產(chǎn)生的。我們的計算表明輻照導(dǎo)致的濺射既跟初級撞出粒子(PKA)的動能有關(guān)又跟PKA的入射角度有關(guān)。另外，我們還發(fā)現(xiàn)表面本身含有間隙的材料會增加濺射原子的產(chǎn)生，而表面本身含有空位的材料則會減少濺射原子的產(chǎn)生。根據(jù)模擬結(jié)果，我們認(rèn)為預(yù)先在鎢材料中埋設(shè)空位缺陷并且將PKA的入射角度控制在45-65°可以減輕材料的濺射損傷。

5、　　第四章中，我們研究了鎢材料內(nèi)微孔的有關(guān)行為，用緊束縛勢分子動力學(xué)程序模擬計算了距離鎢(110)面一定距離內(nèi)微孔的穩(wěn)定存在形式，計算表明微孔的形狀會影響微孔的穩(wěn)定性，形狀越接近球形的微孔相對越更穩(wěn)定。接著我們研究了微孔和間隙原子間的相互作用。首先研究單個間隙原子和微孔的相互作用，發(fā)現(xiàn)微孔對附近的間隙原子有明顯的吸引力，因此處在微孔附近的間隙原子會首先運動到它附近靠近微孔方向的格點位置，而原格點位的原子則被擠到下一個靠近微孔的格點位置，