氢杂质在金属钨中的热力学行为研究
发布时间：2022-01-09 04:53
金属钨（W）及其合金由于具有高熔点、高导热性、高温高强度、低热膨胀系数、低溅射率、低蒸气压和低氚滞留等优点,被认为是最有前景的面向等离子体材料（Plasma facing materials,PFMs）之一。W金属材料作为PFMs,需要经受高流量的高能粒子流辐照,进而承受很高的热负荷,这对材料的组织结构、缺陷形成等产生重要影响。另一方面,由于H离子是高温核聚变等离子体的主要成分,因此高能粒子流的成分主要是H离子,故H杂质容易进入金属W晶格并影响材料的服役寿命。基于上述原因,研究高温及高辐照条件下金属W材料的热力学性能,具有重要的实践意义。本论文中,我们首先应用第一性原理分子动力学方法,模拟研究了W晶格的辐照损伤和W晶格中辐照粒子的热力学行为。模拟了低能氢粒子（LoE-H）（52 eV）和高能氢粒子（HiE-H）（5.2 keV）对W表面的辐照行为,并将结果与低能碳（LoE-C）（56 eV）的辐照进行比较。研究发现,由于C原子与W晶格之间的相互作用强得多,因此,辐照过程中W晶格吸收LoE-C的能量比吸收LoE-H的能量快很多,这些能量激发了表面C原子使得其具有很高的动能,进而C原子辐照...
【文章来源】：江西师范大学江西省
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
核聚变反应示意图
氢杂质在金属钨中的热力学行为研究从而实现核聚变反应[12]；磁约束核聚变是利用具有特殊形态的磁场把高子体约束在有限的体积内，以实现受控核聚变的点火条件，从而实现可聚变反应[12]。其中，磁约束被认为是最有可能约束反应堆内部的高温等的途径[13]。20 世纪 80 年代以来，国际磁约束可控核聚变研究取得了显著的进展，一同类型的托卡马克装置（美国的 TFTR、欧共体的 JET、日本的 JT-60U 等建成并投入运行。1991 年在欧洲共同体联合环 JET 装置上进行的 D-T 核应首次实现可控放电，获得 3.4 MJ 的聚变能，且聚变功率达到 1.7 MW[1，在美国的 TFTR 装置上进行的 D-T 放电实验获得 6.5 M J 的聚变能，且功率高达 10.7 MW[15]。在 1998 年，日本研究员在 JT-60U 托卡马克装置的氘氚核聚变反应的等效能量增益因子达到 1.25[14]，发电效率得到显著这些研究证明，可控核聚变反应通过托卡马克装置进行是可行的。目前，磁场约束高温等离子体的托卡马克（Tokamak）被认为是最有希可控热核聚变反应的装置[16]，如图 1-2 所示。
绝热于原子核的运动。基于这一特性，玻恩和奥本海恩—奥本海默（Born-Oppenheimer）近似，将上述多运动和原子核的运动：处理电子运动时假定原子核固理原子核运动时不考虑电子的特定分布。具体的做法况下，将原子核对电子的作用当成是外场，该外场是子体系问题。能量本征方程为：( ) ( )n n nH E r r 表电子的能量本征函数，哈密顿算符 H为：2 22'( )2e N ii i i iieH Vm iri i'rr r 似合理地避开了原子核与电子之间耦合的复杂问题度泛函理论的单电子近似
【参考文献】：
期刊论文
[1]核聚变原理及其方式探究[J]. 余奥飞. 中国高新科技. 2019(01)
[2]不同辐照粒子下钨及钨合金辐照损伤行为的研究进展[J]. 罗来马,徐梦瑶,昝祥,朱晓勇,李萍,程继贵,吴玉程. 材料导报. 2018(01)
[3]面向等离子体钨基材料的辐照损伤行为研究现状[J]. 吴玉程,林锦山,罗来马,昝祥,朱晓勇,陈俊凌. 机械工程学报. 2017(08)
[4]磁惯性约束聚变:通向聚变能源的新途径[J]. 杨显俊,李璐璐. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2016(11)
[5]托卡马克研究的现状及发展[J]. 李建刚. 物理. 2016(02)
[6]核聚变堆用钨及钨合金辐照损伤研究进展[J]. 丁孝禹,罗来马,黄丽枚,罗广南,李萍,吴玉程. 稀有金属. 2015(12)
[7]低能氢粒子沿不同角度轰击钨（001）表面的反射概率及入射深度分布的分子动力学研究[J]. 郭龙婷,孙继忠,黄艳,刘升光,王德真. 物理学报. 2013(22)
[8]W热力学性质和弹性性质的第一性原理研究[J]. 黄多辉,李强,曹启龙,王藩侯,蔡灵仓,张修路,经福谦. 稀有金属材料与工程. 2013(09)
[9]金属线膨胀系数、德拜温度和杨氏模量之间关联特性[J]. 于长丰,蒋学芳,成鹏飞,朱长军. 物理实验. 2012(08)
[10]磁约束核聚变托卡马克等离子体与壁相互作用研究进展[J]. 吕广宏,罗广南,李建刚. 中国材料进展. 2010(07)
博士论文
[1]面向等离子体材料钨合金力学性质的第一性原理研究[D]. 姜迪友.南昌大学 2017
[2]二元化合物半导体的晶格动力学和热力学性质的第一性原理研究[D]. 王焕友.中南大学 2008
硕士论文
[1]锂离子电池正极材料稀土掺杂的理论研究[D]. 宁芳华.江西师范大学 2017
[2]第一性原理对Ni-P体系的热力学和力学性质研究[D]. 赵冬冬.中南大学 2012
[3]聚变堆结构材料力学性能及缺陷效应[D]. 李晓庆.大连理工大学 2011
本文编号：3577999
【文章来源】：江西师范大学江西省
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
核聚变反应示意图
氢杂质在金属钨中的热力学行为研究从而实现核聚变反应[12]；磁约束核聚变是利用具有特殊形态的磁场把高子体约束在有限的体积内，以实现受控核聚变的点火条件，从而实现可聚变反应[12]。其中，磁约束被认为是最有可能约束反应堆内部的高温等的途径[13]。20 世纪 80 年代以来，国际磁约束可控核聚变研究取得了显著的进展，一同类型的托卡马克装置（美国的 TFTR、欧共体的 JET、日本的 JT-60U 等建成并投入运行。1991 年在欧洲共同体联合环 JET 装置上进行的 D-T 核应首次实现可控放电，获得 3.4 MJ 的聚变能，且聚变功率达到 1.7 MW[1，在美国的 TFTR 装置上进行的 D-T 放电实验获得 6.5 M J 的聚变能，且功率高达 10.7 MW[15]。在 1998 年，日本研究员在 JT-60U 托卡马克装置的氘氚核聚变反应的等效能量增益因子达到 1.25[14]，发电效率得到显著这些研究证明，可控核聚变反应通过托卡马克装置进行是可行的。目前，磁场约束高温等离子体的托卡马克（Tokamak）被认为是最有希可控热核聚变反应的装置[16]，如图 1-2 所示。
绝热于原子核的运动。基于这一特性，玻恩和奥本海恩—奥本海默（Born-Oppenheimer）近似，将上述多运动和原子核的运动：处理电子运动时假定原子核固理原子核运动时不考虑电子的特定分布。具体的做法况下，将原子核对电子的作用当成是外场，该外场是子体系问题。能量本征方程为：( ) ( )n n nH E r r 表电子的能量本征函数，哈密顿算符 H为：2 22'( )2e N ii i i iieH Vm iri i'rr r 似合理地避开了原子核与电子之间耦合的复杂问题度泛函理论的单电子近似
【参考文献】：
期刊论文
[1]核聚变原理及其方式探究[J]. 余奥飞. 中国高新科技. 2019(01)
[2]不同辐照粒子下钨及钨合金辐照损伤行为的研究进展[J]. 罗来马,徐梦瑶,昝祥,朱晓勇,李萍,程继贵,吴玉程. 材料导报. 2018(01)
[3]面向等离子体钨基材料的辐照损伤行为研究现状[J]. 吴玉程,林锦山,罗来马,昝祥,朱晓勇,陈俊凌. 机械工程学报. 2017(08)
[4]磁惯性约束聚变:通向聚变能源的新途径[J]. 杨显俊,李璐璐. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2016(11)
[5]托卡马克研究的现状及发展[J]. 李建刚. 物理. 2016(02)
[6]核聚变堆用钨及钨合金辐照损伤研究进展[J]. 丁孝禹,罗来马,黄丽枚,罗广南,李萍,吴玉程. 稀有金属. 2015(12)
[7]低能氢粒子沿不同角度轰击钨（001）表面的反射概率及入射深度分布的分子动力学研究[J]. 郭龙婷,孙继忠,黄艳,刘升光,王德真. 物理学报. 2013(22)
[8]W热力学性质和弹性性质的第一性原理研究[J]. 黄多辉,李强,曹启龙,王藩侯,蔡灵仓,张修路,经福谦. 稀有金属材料与工程. 2013(09)
[9]金属线膨胀系数、德拜温度和杨氏模量之间关联特性[J]. 于长丰,蒋学芳,成鹏飞,朱长军. 物理实验. 2012(08)
[10]磁约束核聚变托卡马克等离子体与壁相互作用研究进展[J]. 吕广宏,罗广南,李建刚. 中国材料进展. 2010(07)
博士论文
[1]面向等离子体材料钨合金力学性质的第一性原理研究[D]. 姜迪友.南昌大学 2017
[2]二元化合物半导体的晶格动力学和热力学性质的第一性原理研究[D]. 王焕友.中南大学 2008
硕士论文
[1]锂离子电池正极材料稀土掺杂的理论研究[D]. 宁芳华.江西师范大学 2017
[2]第一性原理对Ni-P体系的热力学和力学性质研究[D]. 赵冬冬.中南大学 2012
[3]聚变堆结构材料力学性能及缺陷效应[D]. 李晓庆.大连理工大学 2011
本文编号：3577999
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