氢氦及嬗变元素在钨基材料中的行为

发布时间：2021-11-03 13:23

　　钨（W）作为等离子体壁材料时,必然要遭受14.1MeV的聚变中子和低能氢（H）氦（He）等离子体的辐照,从而导致材料中产生大量的点缺陷,例如H、He、嬗变元素、空位和自间隙原子。这些点缺陷在W中的相互作用不仅会影响材料的微观结构和机械性能,而且还会影响H同位素在W中的滞留量。鉴于此,本文借助第一性原理计算方法并结合原子在金属中的扩散理论研究了嬗变元素铼（Re）、锇（Os）和钽（Ta）对H、He在W中的行为的影响,Re对W中H泡长大的抑制效应,以及空位和嬗变元素在W中的相互作用。通过第一性原理计算发现,无论W中是否存在Re、Os和Ta,H和He都倾向于占据在四面体间隙位置,并且Os能够俘获He原子,而Ta可以微弱地俘获H和He原子。在W中低浓度的Re、Os和Ta对H的迁移能垒影响不大,但是浓度为25at.%的Re能够显著降低H的迁移能垒。两个H原子在W中是相互排斥的,因此可借助第一性原理计算方法并结合过渡态理论计算得到H在W和W-Re合金中的扩散系数。计算结果表明对于理想晶体而言,Re在W中能够增大H同位素在W中的扩散系数,但会降低H同位素在W中的溶解度。另外,计算还发现Re在W中可减小... 

【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 研究现状
        1.2.1 钨基材料的辐照效应
        1.2.2 氢同位素在钨中的滞留特性
        1.2.3 点缺陷在钨中的相互作用
    1.3 本文的研究内容及结构安排
第二章 原子在金属中的扩散及密度泛函理论
    2.1 金属中原子的行为
    2.2 原子在金属中的溶解性
    2.3 原子在金属中的扩散理论
        2.3.1 Fick扩散定律
        2.3.2 原子在金属中的扩散系数
    2.4 热平衡空位浓度
    2.5 密度泛函理论及第一性原理概述
        2.5.1 密度泛函理论介绍
        2.5.2 第一性原理计算软件介绍
第三章 氢氦在钨中的溶解和扩散行为
    3.1 氢氦在钨中的溶解特性
        3.1.1 计算细节及方法
        3.1.2 氢氦在钨中的溶解能
        3.1.3 氢同位素在钨中的溶解性
    3.2 氢氦在钨中的扩散特性
        3.2.1 氢氦在钨中的迁移能垒
        3.2.2 氢在钨中的扩散系数
    3.3 钨中单空位对氢氦的俘获行为
    3.4 讨论
第四章 嬗变元素对氢氦在钨基材料中的行为的影响
    4.1 计算模型及方法
    4.2 嬗变元素对氢在钨中的滞留特性的影响
    4.3 嬗变元素对氢在钨中的扩散特性的影响
    4.4 嬗变元素对氦在钨中的溶解特性的影响
    4.5 讨论
第五章 点缺陷在钨中的相互作用
    5.1 氢氦在钨中的相互作用
    5.2 嬗变元素在钨中对空位形成的影响
        5.2.1 钨中存在嬗变元素时空位的形成能
        5.2.2 嬗变元素对钨中热平衡空位浓度的影响
    5.3 钨中嬗变元素与空位的相互作用
        5.3.1 嬗变元素和空位的结合能
        5.3.2 钨中嬗变元素对双空位结合能的影响
        5.3.3 空位在嬗变元素的相互作用和迁移过程中的作用
    5.4 讨论
第六章 结论
    6.1 主要结论
    6.2 研究展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]核聚变堆面向等离子体钨基材料氢氦效应的第一性原理研究[J]. 刘长松,吴学邦,尤玉伟,孔祥山.  安徽师范大学学报(自然科学版). 2016(04)



本文编号：3473762