氢分子晶体的力学性能及表面稳定性的计算机模拟研究

发布时间：2020-06-11 11:21

【摘要】：近年来,随着现代科学的逐步发展,各种新能源技术不断被研究和开发利用,其中最高效和节能环保的核能受到各国的广泛研究和应用。由于核聚变反应所需要的原材料成本低、储存丰富,因此,世界各国都将核聚变反应作为解决能源问题的有效方法去研究。惯性约束核聚变(ICF)~([1])作为核聚变反应中的一种,该反应是在非常短的时间内使用高能激光对氘-氚(D-T)燃料靶丸进行迅速加热,从而实现核聚变反应。在反应过程中,氘氚靶丸的合理设计决定了聚变反应的成功发生以及能量的输出量。因此,充分研究氢分子晶体的力学性能及靶丸表面结构的稳定性,对合理设计和制备性能优良的D-T靶丸具有宝贵的借鉴和指导作用。本文采用分子动力学方法,利用MOLDY软件,系统研究了氢分子晶体的力学性能及表面稳定性。研究成果如下:1.本文对氢分子间的相互作用势的相关理论和各种作用势的特点进行了分析和研究。采用分子动力学方法,将零点能考虑在内,对Silver和Goldman提出的氢分子间相互作用势(S-G作用势)进行修正、参数拟合,研究出一种适合于氢分子晶体的氢分子间相互作用势。2.基于修正的S-G作用势,本文重点对hcp结构氢分子晶体的相关参数进行计算。通过将计算结果与部分前人研究结果、实验结果进行对比分析,结果表明利用修正后的S-G作用势计算得到的结果是科学可信的,这对本文采用分子动力学(MD)方法模拟研究氢分子晶体的力学性能和靶丸表面稳定性奠定了基础。3.为了研究氢分子晶体和氘分子晶体的力学性能,本文进行了大量的仿真计算,具体工作如下:建立适合研究氢分子晶体力学性能的类靶丸实心球模型,以半径为150?的实心球靶丸模型作为研究对象,利用分子动力学方法,采用修正的S-G作用势,对氢分子晶体和氘分子晶体的力学性能展开仿真计算。通过计算绝对零度零压下氢分子晶体和氘分子晶体的弹性常数和体弹模量,将这些数据与实验数据及他人的理论计算结果进行对比分析,结果证明本工作中所采用的作用势及计算方法是可行的。在此基础上,进一步计算0 kbar到10 kbar下氢分子晶体和氘分子晶体的弹性常数、体弹模量等力学性能参数,计算结果表明,随着压强增大,各弹性常数及体弹模量均呈上升趋势。对比氢分子晶体和氘分子晶体的力学性能参数,可以得出氘分子晶体在力学性能方面比氢分子晶体稍强。4.本文第五章重点研究了氢(氘)分子晶体的球壳形靶丸内外表面稳定性,并利用表面粗糙度来定量表征表面结构的变化程度。针对氢分子晶体和氘分子晶体分别建立了不同尺寸的球壳模型,研究外界因素如压强和温度对其结构的影响。具体即采用修正的S-G作用势和MD方法,计算hcp结构氢(氘)分子晶体不同尺寸的球壳模型内外表面粗糙度。结果表明,球壳内外表面粗糙度随着压强的增大而增大,随着温度的降低而增大,这与前人的研究结果基本一致。
【图文】：

电子科技大学硕士学位论文成冲击波，对燃料靶丸而言，此时该，燃料靶丸表面的烧蚀层将在消融压反应[4-5]。通过惯性约束聚变反应的过术已成为惯性约束聚变反应过程中的如图 1-1 所示，该图最中心为气态的氘则是烧蚀层球面，其直径约为几百微在靶丸内壁冷冻结晶形成固体氘氚层低和燃料初始密度高这样的优点，这降低聚变反应对高温高压的能量要求。基于以上冷冻靶丸所具有的两个明束聚变反应的燃料靶。

图 2-1 运动粒子的二维空间周期性结构图的二维空间周期性结构图如图 2-1 所示，图中清晰的展排列情况，还表明了二维系统中所有粒子的运动情况期性系统中所有粒子的运动情况和上述二维系统类似各个方块中的粒子都具有相同的运动情况和排列顺序该二维系统中心的灰色方块作为模拟系统，以其中的。即当邻近的元胞中有 2 号粒子移入中心元胞时，中然移出中心元胞而进入邻近的元胞，通过这样的过程个元胞的粒子数目不变。最近镜像法展开分析介绍。在周期性边界条件中，，为通常采用最近镜像法进行研究。下式即表达了粒子间rmin( rrnL)ijij
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL632

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本文编号：2707832