氦对钨表面氢溶解和扩散行为影响的第一性原理研究

发布时间：2021-03-05 04:52

　　在核聚变装置中,钨（W）基面向等离子体材料会受到低能、高通量的氢（H）同位素离子和氦（He）离子的辐照,形成严重的表面损伤,影响面向等离子体材料的热力学性能。大量的实验表明惰性气体元素（如He）的存在可以减少氢的总滞留量和表面起泡。此外,表面损伤情况与晶向也有关系,在H、He离子辐照下,不同晶向表面会形成不同的表面损伤,这提供了一种通过W表面预处理来减少表面损伤的方法。因此,探究W表面H/He聚集、滞留、迁移和气泡形成以及晶向对H、He溶解和扩散行为影响的物理机制具有重要意义。本文利用密度泛函理论从两个方面系统地探究了He对H在W表面溶解和扩散行为的影响,以及氦原子团簇与空位形成的复杂团簇（He₃-V）在不同晶向W表面的形成机制:1)对比研究了H在含有空位（V）/氦—空位复合缺陷（He-V）的W（110）表面的溶解和扩散行为,发现H更容易溶解在V周围,但He-V周围有更多H的捕获位点,因此He的存在会导致表面处H滞留量增加。另外,H与He-V的结合能比H与V的结合能要小,并且He-V周围的H更易向表面处扩散。由此,在表面处He-V作为H的捕获中心,一方面会阻碍H<... 

【文章来源】：河南大学河南省

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

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1992-2017年全球能源消耗量及能源结构分布（BP世界能源统计年鉴）

第一章 绪论中国科学院物理研究所（CT-6））,核工业西南物核聚变装置的研究上也取得了很大的进步。如的 EAST，在类似 ITER 的运行条件下获得了现在，各国为进一步发展可实用的磁约束核聚正在对 JT-60 进行改造，以解决商业发电示范年建造 DEMO 创造条件。俄罗斯也为实现在 2标加强了本国的研发计划。我国则计划在未 21 世纪 30 年代建成自己的聚变反应测试堆（变能发电，以实现能源的跨越式发展[7]。如图

氦对钨表面氢溶解和扩散行为影响的第一性原理研究离子体-材料相互作用（PMI）（如图 1-3）[11]。辐照到材料表面的 D、T 和 He通量的，会通过原子位移和热沉积滞留在材料中，并会与材料本征缺陷或中子的缺陷（如空位，位错环等）结合长大形成气泡。而材料原子也会进入等离子体杂质，影响核聚变反应的正常进行。因此在长时间辐照环境下，等离子体与材作用会造成材料表面的 D、T 滞留，影响等离子体循环，导致材料微观结构的力学性能的退化，从而影响材料使用寿命和核聚变反应的稳态进行。因此面向材料的选择至关重要，它需要具有良好的抗辐照性能，包括高热导率、低热膨高弹性模量和低溅射率等；此外，面向等离子体材料还应该是低活性的，并能料有良好的兼容性[12]。


本文编号：3064610