氦和氫在鎢中行為的分子動力學(xué)模擬.pdf

1、鎢由于其高熔點(diǎn)和良好的抗輻射能力，被選為聚變反應(yīng)堆中的面對等離子體材料(plasma facing materials，PFMs)。PFMs受到大量氦、氫、中子等粒子的轟擊，雜質(zhì)原子在材料中易發(fā)生擴(kuò)散，并累積成泡，從而影響裝置的性能和壽命。
　　本論文用分子動力學(xué)軟件包LAMMPS模擬了雜質(zhì)原子和團(tuán)簇分別在鎢塊體和∑5(310)晶界中的行為。首先用靜力學(xué)方法對鎢的基本性質(zhì)和各類缺陷形成能進(jìn)行了研究，得到晶界的影響區(qū)域?yàn)?-4(A)

2、，晶界的膨脹和面間滑移有利于缺陷的形成和捕獲。接著對雜質(zhì)原子的擴(kuò)散行為進(jìn)行了動力學(xué)模擬。對比了由三種勢函數(shù)得到的間隙氦原子在塊體中的擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散激活能與第一性原理結(jié)果吻合較好，當(dāng)溫度升高，擴(kuò)散通道可從四面體間隙位變?yōu)榘嗣骟w間隙位。雜質(zhì)原子被晶界捕獲后將難于逃離，其在晶界中的擴(kuò)散比在塊體中慢，且間隙氫的比間隙氦擴(kuò)散慢。最后通過對雜質(zhì)團(tuán)簇的動力學(xué)模擬，發(fā)現(xiàn)氦極易發(fā)生團(tuán)聚，團(tuán)簇呈現(xiàn)高度對稱構(gòu)型，并通過發(fā)射<111>方向鎢擠子列釋放能量，從而