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(huì)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(chǔ)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(wàn)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(guó)際熱核聚變反應(yīng)堆(ITER)是一個(gè)旨在驗(yàn)證核聚變?cè)诩夹g(shù)和科學(xué)上可行的大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)。ITER利用托卡馬克裝置通過產(chǎn)生磁場(chǎng)控制等離子體從而實(shí)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(huì)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(diǎn)、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(duì)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(shì)分子動(dòng)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(shì)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?cè)诒狙芯恐惺褂玫闹饕碚摲椒?，包括分子?dòng)力學(xué)的基本理論，緊束縛勢(shì)模型簡(jiǎn)介以及VASP軟件包的簡(jiǎn)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(duì)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(shì)分子動(dòng)力學(xué)方法研究了當(dāng)高能粒子轟擊第一壁材料時(shí)濺射粒子是如何產(chǎn)生的。我們的計(jì)算表明輻照導(dǎo)致的濺射既跟初級(jí)撞出粒子(PKA)的動(dòng)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(huì)增加濺射原子的產(chǎn)生，而表面本身含有空位的材料則會(huì)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(shì)分子動(dòng)力學(xué)程序模擬計(jì)算了距離鎢(110)面一定距離內(nèi)微孔的穩(wěn)定存在形式，計(jì)算表明微孔的形狀會(huì)影響微孔的穩(wěn)定性，形狀越接近球形的微孔相對(duì)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(gè)間隙原子和微孔的相互作用，發(fā)現(xiàn)微孔對(duì)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(huì)首先運(yùn)動(dòng)到它附近靠近微孔方向的格點(diǎn)位置，而原格點(diǎn)位的原子則被擠到下一個(gè)靠近微孔的格點(diǎn)位置，