晶粒尺寸對材料輻照損傷影響的團(tuán)簇動力學(xué)模擬.pdf

1、尋找設(shè)計出長時間服役的面向等離子體材料是保證熱核聚變安全運(yùn)行的關(guān)鍵，而研究材料在輻照場下的損傷行為和抗輻照機(jī)制可為實驗的開展提供理論支持。目前人們主要關(guān)注H/He粒子和中子輻照下材料損傷的行為。納米晶材料由于具有較高的晶界密度，材料納米化被認(rèn)為是提高材料抗輻照能力的一種手段。本文基于多尺度框架的團(tuán)簇動力學(xué)方法，并嘗試考慮晶界和位錯俘獲效應(yīng)，系統(tǒng)地研究了鎢中晶粒尺寸與H/He粒子滯留之間的關(guān)系，以及擴(kuò)散偏壓對材料鐵和鎢輻照容忍度的影響。主

2、要內(nèi)容如下:
　　(1)氚(T)在等離子體材料鎢中的滯留行為的研究非常重要。目前關(guān)于晶粒尺寸對H/He粒子滯留行為的研究還不夠系統(tǒng)而且還存在爭議。針對此現(xiàn)象，通過在團(tuán)簇動力學(xué)模型中引入晶界的效應(yīng)，本文系統(tǒng)地研究了鎢中H/He粒子滯留行為隨晶粒尺寸變化的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)H/He滯留量隨晶粒尺寸的減小而顯著增加，主要由于晶界俘獲量增加導(dǎo)致。我們的研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在低能低劑量輻照條件下，He的滯留量主要是由晶界和位錯俘獲的貢獻(xiàn)，隨著晶粒尺寸的

3、增加，由晶界主導(dǎo)的粒子滯留向位錯發(fā)生轉(zhuǎn)變。我們的結(jié)果指出使用多晶鎢作為等離子體材料更為合適。此研究有助于定量理解等離子體鎢材料不同晶粒尺寸下體內(nèi)粒子滯留的機(jī)制。
　　(2)我們結(jié)合多種方法研究影響材料抗輻照能力的因素，包括穩(wěn)態(tài)下的化學(xué)速率理論狀態(tài)方程，非平衡態(tài)下的團(tuán)簇動力學(xué)和分子動力學(xué)方法，系統(tǒng)地模擬了不同晶粒尺寸下鐵和鎢的抗輻照能力。我們發(fā)現(xiàn)，在穩(wěn)態(tài)下，材料的抗輻照能力只與自身空位的擴(kuò)散速率有關(guān)而與擴(kuò)散偏壓無關(guān)。在非平衡態(tài)下，基

4、于團(tuán)簇動力學(xué)結(jié)合晶界效應(yīng)的長時間演化的動力學(xué)模型，我們系統(tǒng)地研究了在中子輻照下不同晶粒尺寸的鐵和鎢體內(nèi)總空位的滯留行為。結(jié)果證實了我們的預(yù)期:對于納米晶鐵，在溫度為500K時，納米晶的抗輻照能力就體現(xiàn)出來了。然而對于納米晶鎢，當(dāng)溫度升高到900K，納米晶的抗輻照能力尤其對體內(nèi)空位的湮滅沒有體現(xiàn)出來。因此在穩(wěn)態(tài)達(dá)到之前，研究以擴(kuò)散偏壓為主要因素影響納米晶材料的抗輻照能力至關(guān)重要。分子動力學(xué)的模擬結(jié)果也證實了上述研究。我們建議選擇多晶鎢作為