鎢輻照損傷及晶界交互作用分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、由于聚變能相比于化石能源的諸多優(yōu)勢(shì)，人們正大力發(fā)展核聚變能源，若可以成功地將其大規(guī)模利用，則可能從根本上解決能源問題。與此同時(shí)，對(duì)聚變反應(yīng)堆第一壁關(guān)鍵材料的研究也成為研究熱點(diǎn)。核聚變反應(yīng)堆產(chǎn)生的高能中子會(huì)對(duì)第一壁材料進(jìn)行輻照，輻照誘發(fā)點(diǎn)缺陷經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的積累和演化，使材料微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，最終導(dǎo)致宏觀性能的惡化，使材料失效。鎢(W)作為核聚變反應(yīng)堆最有前景的面向等離子體材料而備受關(guān)注，因此，W輻照損傷過程的深入研究對(duì)于更清楚的認(rèn)識(shí)和理解W

2、在中子輻照下的行為以及對(duì)核反應(yīng)堆材料的設(shè)計(jì)和改進(jìn)都具有重要意義。
　　本文運(yùn)用針對(duì)輻照損傷特點(diǎn)改進(jìn)的分子動(dòng)力學(xué)方法，探究bcc-W在中子輻照初期，輻照誘發(fā)缺陷形成和演化的微觀過程的原子機(jī)制。研究體系有兩類:單晶W體系(SC-W)和含有晶界的W體系(GB-W)。對(duì)于SC-W，本文研究位移級(jí)聯(lián)產(chǎn)生的缺陷數(shù)量及分布，PKA入射方向和輻照溫度對(duì)穩(wěn)定Frenkel缺陷的影響，缺陷團(tuán)簇分?jǐn)?shù)、團(tuán)簇?cái)?shù)量和大小以及W的離位閾能受輻照溫度和PKA入射

3、方向的影響;對(duì)于GB-W，定量分析晶界分別對(duì)輻照誘發(fā)間隙原子和空位的不同作用效果，以及通過對(duì)Σ13[001](230)晶界和Σ17[001](140)晶界的對(duì)比探究晶界角度的不同對(duì)缺陷吸收能力的影響。SC-W的結(jié)果表明若級(jí)聯(lián)誘發(fā)的缺陷在峰值階段呈近球形密集分布，則穩(wěn)定階段Frenkel缺陷相對(duì)較少，若缺陷呈非球形相對(duì)分散分布，則穩(wěn)定階段Frenkel缺陷相對(duì)較多;穩(wěn)定Frenkel缺陷受PKA方向的影響不大，且隨輻照溫度升高有下降趨勢(shì);

4、比較而言，間隙原子團(tuán)簇分?jǐn)?shù)比空位團(tuán)簇分?jǐn)?shù)高，而空位團(tuán)簇傾向于形成較大的團(tuán)簇;W的平均離位閾能受溫度影響較小，并具有一定的各向異性。GB-W研究得出W中晶界在級(jí)聯(lián)碰撞的皮秒尺度內(nèi)對(duì)于輻照誘發(fā)間隙原子和空位呈現(xiàn)雙重作用:一方面晶界吸收間隙原子，另一方面晶界導(dǎo)致體系中殘留更多空位。整體看來，晶界使整個(gè)體系中的缺陷總數(shù)高于相同條件下的單晶體系。研究結(jié)果還顯示Σ17[001](140)晶界比∑13[001](230)晶界顯示出對(duì)間隙原子更好的吸收