钨表面累积的空位和自间隙原子对表面缺陷阱功能的影响

发布时间：2020-08-07 08:44

【摘要】：钨作为未来最有前景的面对等离子体材料,在中子诱导的离位损伤作用下,材料内部会产生大量的点缺陷,如空位(vacancies,Vs)和自间隙原子(self-interstitial atoms,SIAs)。这些缺陷除了可以在块体中聚集形成活性低的缺陷团簇(Vn/SIAn),如孔洞、气泡和位错环之外,还会偏聚到表面,改变表面的形态。这些缺陷不仅改变了表面与块体中缺陷的相互作用,同时也不可避免地影响了氢氦在钨近表面处的行为。除此之外,离位损伤还会进一步影响表面作为空位和自间隙原子等缺陷的缺陷阱作用。本文综合采用分子静力学(molecular statics,MS)、分子动力学(molecular dynamics,MD)和实体动力学蒙特卡罗(object kinetic Monte Carlo,OKMC)计算模拟方法,对钨表面空位和自间隙原子团簇对表面形态和表面缺陷阱作用的影响进行了研究。全文主要分为两个部分。一.钨表面空位和间隙原子团簇对表面形态的影响采用MS、MD和OKMC模拟方法研究了在W的两个低指数(100)和(1 10)表面V/SIA的聚集,目的是为了揭示聚集有V/SIA的表面对表面附近后续V/SIA的偏聚和湮灭的影响。研究结果为:(1)MS和MD计算结果表明:Vn/SIAn可以在(1 0 0)和(1 1 0)表面形成。原因是V/SIA成团过程中的能量释放以及V/SIA在Vn/SIAn附近扩散能垒的降低,分别提供了能量学和动力学的驱动力。然而,相对于(10 0)表面,Vn/SIAn更容易在(1 1 0)表面聚集成团,主要是由于V与Vn(或者SIA和SIAn)结合能较大,而且在(1 1 0)表面上V/SIA的扩散能垒较低。同时表面空位团簇能促进近表面处空位向表面的偏聚。(2)1000K时的OKMC模拟研究结果表明:在累积的辐照条件下,V/SIA团簇在(110)表面形成,而在(10 0)表面倾向于存在SIA团簇和点空位。因此,在(1 0 0)表面倾向于形成凸起结构,而在(1 1 0)表面容易形成凹凸结构。二.钨表面空位和间隙原子团簇对表面缺陷阱功能的影响研究结果表明:两个表面上大的空位团簇结构可以发展成为局域的凹陷结构,其行为与完美表面相似,而小空位团簇依然保持着缺陷的特点。同时,表面上大空位团簇的凹陷处与表面的交界可以作为V和SIA的缺陷阱,从能量学和动力学上来看都有利于交界处附近的V和SIA向交界处扩散。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O53
【图文】：

托克马克,热核聚变,高温等离子体,强磁场

上个世纪５０年代几个核大国就开始研宄磁约束核聚变，到后来逐渐有越来逡逑越多的国家加入了核聚变研究的队伍中。８０年代以后，核聚变的研究主要以托逡逑克马克装置为主，装置如图１．１所示。ＩＴＥＲ计划在１９８５年的日内瓦峰会上由逡逑美苏提出。中国于２００３年加入ＩＴＥＲ计划谈判。参与ＩＴＥＲ计划的七方于２００６逡逑年签署了邋ＩＴＥＲ协议，正式开启了邋ＩＴＥＲ计划。由于核聚变反应要发展就必须要逡逑经过建设、研宄和运行ＩＴＥＲ计划。因此，ＩＴＥＲ的成功，标志着核聚变电站建逡逑设的成功以及进一步实现核聚变电站的商业化应用。逡逑在可控核聚变发展中，我国取得的成就令世界瞩目。我国的第一个超导托逡逑克马克核聚变反应装置由中国科学院等离子体物理研究所建设而成，这也是世逡逑１逡逑

镜像,周期性,粒子,体系

选择不当会对体系的热平衡过程带来严重的影响，甚至达到平衡。逡逑中粒子的运动往往是没有规则的，但是速度要满足麦克斯韦－玻，即：逡逑N逡逑Ｐ（ｖ邋）＝邋———邋ｅｘｐ邋＿■ａ邋＝邋ｘ，ｙ，ｚ逦（Ｖ邋ａ）邋＼２ｎｋＢＴ）逦［邋２ｋＢＴ逡逑防止系统本身的离位使系统总能量不稳定，我们在计算之前需要检分布，来确保粒子在各个方向的总动量为零。逡逑４周期性边界条件和最近镜像逡逑计算上的限制，在模拟的盒子中只能模拟几千个粒子的小系统。当质时，小的系统使得热力学计算出现问题，因此在这种较小的系统，适当的边界条件对于研究系统的宏观性质是非常重要的。在分子，处理边界条件的方法有很多种，最常用的方法就是采用周期性ｏｄｉｃ邋ｂｏｕｎｄａｒｙ邋ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ＰＢＣ）来处理边界问题。逡逑0￣￣ｂ00￣￣逡逑

流程图,流程图,蒙特卡罗,问题

图３．１主要的ＫＭＣ流程图逡逑３．邋６低能垒问题逡逑

【参考文献】