H、He在W表面溶解和扩散行为的第一性原理研究

发布时间：2021-05-08 00:27

　　在核聚变反应中,钨（W）基偏滤器会受到低能、高通量的氢（H）及其同位素离子和氦（He）离子的辐照,形成表面损伤,例如空洞形成、起泡、气泡和表面溅射等,从而影响面向等离子体材料的性能。大量的实验表明W表面损伤和晶向有关,通过表面的预处理有可能减轻损伤。因此,探究W表面H、He聚集、滞留和气泡形成以及晶向对H、He泡的分布影响具有重要的意义。本文利用密度泛函理论系统地探究了 H、He在W四种低密勒指数表面（（110）、（112）、（111）和（100））的溶解和扩散行为。研究发现,W表面处空位和H的形成能影响了 H在W表面的聚集行为。表面处空位形成能小于体内,更容易形成空位,空位对H的捕获导致了 H在表面的聚集。H向表面外的扩散势垒较小,这意味着H易从表面逃逸,扩散行为对H聚集影响较小。和其他表面相比,W（111）表面具有更小的空位和H的形成能,更容易形成H的聚集。He的聚集和表面He的自捕获、空位及He诱导空位的形成有关。表面处,He的溶解更容易诱导空位的形成,导致He的聚集。我们的结果表明,W（111）、W（100）和W（112）表面更容易形成He致空位,这为He的聚集提供了捕获位,H... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSRACT
第一章 绪论
    1.1 核聚变反应堆
        1.1.1 核聚变反应堆发展历史
        1.1.2 面向等离子材料的选择
    1.2 核聚变反应中W的辐照损伤
        1.2.1 H在W表面的辐照损伤
        1.2.2 He在W表面的辐照损伤
    1.3 W中H、He行为的研究现状
        1.3.1 H在W中的溶解和扩散
        1.3.2 He在W中的溶解和扩散
    1.4 本文研究的目的和意义
第二章 理论方法
    2.1 密度泛函理论
        2.1.1 Schrodinger方程
        2.1.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.3 Kohn-Sham方程
        2.1.4 交换关联泛函
            2.1.4.1 局域密度近似(LDA)
            2.1.4.2 广义梯度近似(GGA)
            2.1.4.3 交换关联泛函的分类和发展
        2.1.5 平面波基矢
        2.1.6 赝势
            2.1.6.1 模守恒赝势
            2.1.6.2 超软赝势
    2.2 过渡态搜索
        2.2.1 微动弹性带方法(NEB)
        2.2.2 爬坡弹性带方法(Cl-NEB)
    2.3 VASP软件介绍
        2.3.1 计算功能
        2.3.2 计算过程
        2.3.3 过渡态计算工具包(VASP TST Tools)
        2.3.4 表面体系的计算
第三章 晶向对H在W表面溶解、扩散行为的影响
    3.1 研究背景
    3.2 计算模型与方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 W表面稳定性
        3.3.2 H在W表面的溶解
            3.3.2.1 W表面空位形成能
            3.3.2.2 H在W表面的形成能
        3.3.3 H向表面外的扩散
    3.4 总结
第四章 晶向对He在W表面溶解、扩散行为的影响
    4.1 研究背景
    4.2 计算模型与方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 He在W表面的溶解
            4.3.1.1 单个He在W表面的溶解
            4.3.1.2 表面He-He之间的相互作用
        4.3.2 He在W表面的扩散
    4.4 总结
第五章 全文总结和展望
    5.1 论文总结
    5.2 论文主要贡献和创新
    5.3 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]聚变堆中面向等离子体材料的研究进展[J]. 周张健,钟志宏,沈卫平,葛昌纯.  材料导报. 2005(12)
[2]惯性约束聚变研究进展和展望[J]. 贺贤土.  核科学与工程. 2000(03)



本文编号：3174321