氦和氢在钨中行为的分子动力学模拟
发布时间：2021-05-15 14:25
钨由于其高熔点和良好的抗辐射能力,被选为聚变反应堆中的面对等离子体材料（plasma facing materials,PFMs）。PFMs受到大量氦、氢、中子等粒子的轰击,杂质原子在材料中易发生扩散,并累积成泡,从而影响装置的性能和寿命。本论文用分子动力学软件包LAMMPS模拟了杂质原子和团簇分别在钨块体和∑5（310）晶界中的行为。首先用静力学方法对钨的基本性质和各类缺陷形成能进行了研究,得到晶界的影响区域为3-4 A,晶界的膨胀和面间滑移有利于缺陷的形成和捕获。接着对杂质原子的扩散行为进行了动力学模拟。对比了由三种势函数得到的间隙氦原子在块体中的扩散系数,扩散激活能与第一性原理结果吻合较好,当温度升高,扩散通道可从四面体间隙位变为八面体间隙位。杂质原子被晶界捕获后将难于逃离,其在晶界中的扩散比在块体中慢,且间隙氢的比间隙氦扩散慢。最后通过对杂质团簇的动力学模拟,发现氦极易发生团聚,团簇呈现高度对称构型,并通过发射<111>方向钨挤子列释放能量,从而吸收更多氦原子。无论在块体还是晶界中,氢都难以自发团聚,单个空位不足以成为氢团簇的形核中心。含氦晶界的过渡区域距晶界约6-...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 氦和氢在金属中行为的研究现状
1.3 氦和氢在钨中行为的研究内容及意义
参考文献
第二章 分子动力学模拟方法
2.1 分子动力学简介
2.2 分子动力学基本理论
2.2.1 运动方程
2.2.2 运动方程的求解
2.2.3 初始条件的设定
2.2.4 边界条件的设定
2.2.5 势函数的选取
2.2.6 系综的选取
2.2.7 可视化处理
2.3 本章小结
参考文献
第三章 钨中缺陷性质的静力学研究
3.1 钨块体中的点缺陷性质
3.1.1 计算方法
3.1.2 计算结果与讨论
3.2 钨晶界中的点缺陷性质
3.2.1 计算方法
3.2.2 计算结果与讨论
3.2.2.1 晶界能
3.2.2.2 晶界的体胀和滑移
3.2.2.3 晶界中的缺陷形成能
3.3 本章小结
参考文献
第四章 氦和氢在钨中扩散的动力学研究
4.1 氦和氢在钨块体中的扩散
4.1.1 计算方法
4.1.2 计算结果
4.2 氦和氢在钨晶界中的扩散
4.2.1 计算方法
4.2.2 计算结果与讨论
4.2.2.1 氦和氢向晶界的扩散
4.2.2.2 氦和氢在晶界中的扩散
4.3 本章小结
参考文献
第五章 氦、氢团簇在钨中行为的动力学模拟
5.1 钨中氦、氢团簇的构型
5.1.1 计算方法
5.1.2 计算结果与讨论
5.1.2.1 块体中氦、氢团簇的构型
5.1.2.2 晶界中氦、氢团簇的构型
5.2 氦在钨晶界中的聚集
5.2.1 计算方法
5.2.2 计算结果与讨论
5.3 本章小结
参考文献
第六章 总结
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属钨中氦团簇扩散与形核特性的分子动力学研究[J]. 周芬,邓辉球. 湖南文理学院学报(自然科学版). 2014(02)
[2]Comparison of Damages on Tungsten Surface Exposed to Noble Gas Plasmas[J]. Miyuki YAJIMA,Masato YAMAGIWA,Shin KAJITA,Noriyasu OHNO,Masayuki TOKITANI,Arimichi TAKAYAMA,Seiki SAITO,Atsushi M.ITO,Hiroaki NAKAMURA,Naoaki YOSHIDA. Plasma Science and Technology. 2013(03)
[3]金属钨中氦行为的分子动力学模拟[J]. 汪俊,张宝玲,周宇璐,侯氢. 物理学报. 2011(10)
[4]外电场作用下BeO分子结构的研究[J]. 姜明,吴双,杨志坚. 西南民族大学学报(自然科学版). 2011(03)
[5]Tersoff势函数的几种修正形式[J]. 张银玲,徐玓,陈丹. 科技创新导报. 2008(13)
[6]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)
[7]氚在不锈钢中的体扩散行为[J]. 陈长安,武胜,倪然夫,柏朝茂. 核化学与放射化学. 2000(03)
[8]浅谈惯性约束核聚变[J]. 张杰. 物理. 1999(03)
[9]团簇的结构和奇异性质[J]. 王广厚. 物理学进展. 1993(Z1)
博士论文
[1]金属中氦行为的计算机理论模拟[D]. 杨莉.电子科技大学 2007
硕士论文
[1]PM法制备9Cr-ODSRAFM钢的组织性能研究[D]. 周敏.华中科技大学 2011
[2]典型托卡马克装置环向场线圈受力—结构分析[D]. 张继明.电子科技大学 2009
本文编号：3187796
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 氦和氢在金属中行为的研究现状
1.3 氦和氢在钨中行为的研究内容及意义
参考文献
第二章 分子动力学模拟方法
2.1 分子动力学简介
2.2 分子动力学基本理论
2.2.1 运动方程
2.2.2 运动方程的求解
2.2.3 初始条件的设定
2.2.4 边界条件的设定
2.2.5 势函数的选取
2.2.6 系综的选取
2.2.7 可视化处理
2.3 本章小结
参考文献
第三章 钨中缺陷性质的静力学研究
3.1 钨块体中的点缺陷性质
3.1.1 计算方法
3.1.2 计算结果与讨论
3.2 钨晶界中的点缺陷性质
3.2.1 计算方法
3.2.2 计算结果与讨论
3.2.2.1 晶界能
3.2.2.2 晶界的体胀和滑移
3.2.2.3 晶界中的缺陷形成能
3.3 本章小结
参考文献
第四章 氦和氢在钨中扩散的动力学研究
4.1 氦和氢在钨块体中的扩散
4.1.1 计算方法
4.1.2 计算结果
4.2 氦和氢在钨晶界中的扩散
4.2.1 计算方法
4.2.2 计算结果与讨论
4.2.2.1 氦和氢向晶界的扩散
4.2.2.2 氦和氢在晶界中的扩散
4.3 本章小结
参考文献
第五章 氦、氢团簇在钨中行为的动力学模拟
5.1 钨中氦、氢团簇的构型
5.1.1 计算方法
5.1.2 计算结果与讨论
5.1.2.1 块体中氦、氢团簇的构型
5.1.2.2 晶界中氦、氢团簇的构型
5.2 氦在钨晶界中的聚集
5.2.1 计算方法
5.2.2 计算结果与讨论
5.3 本章小结
参考文献
第六章 总结
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属钨中氦团簇扩散与形核特性的分子动力学研究[J]. 周芬,邓辉球. 湖南文理学院学报(自然科学版). 2014(02)
[2]Comparison of Damages on Tungsten Surface Exposed to Noble Gas Plasmas[J]. Miyuki YAJIMA,Masato YAMAGIWA,Shin KAJITA,Noriyasu OHNO,Masayuki TOKITANI,Arimichi TAKAYAMA,Seiki SAITO,Atsushi M.ITO,Hiroaki NAKAMURA,Naoaki YOSHIDA. Plasma Science and Technology. 2013(03)
[3]金属钨中氦行为的分子动力学模拟[J]. 汪俊,张宝玲,周宇璐,侯氢. 物理学报. 2011(10)
[4]外电场作用下BeO分子结构的研究[J]. 姜明,吴双,杨志坚. 西南民族大学学报(自然科学版). 2011(03)
[5]Tersoff势函数的几种修正形式[J]. 张银玲,徐玓,陈丹. 科技创新导报. 2008(13)
[6]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)
[7]氚在不锈钢中的体扩散行为[J]. 陈长安,武胜,倪然夫,柏朝茂. 核化学与放射化学. 2000(03)
[8]浅谈惯性约束核聚变[J]. 张杰. 物理. 1999(03)
[9]团簇的结构和奇异性质[J]. 王广厚. 物理学进展. 1993(Z1)
博士论文
[1]金属中氦行为的计算机理论模拟[D]. 杨莉.电子科技大学 2007
硕士论文
[1]PM法制备9Cr-ODSRAFM钢的组织性能研究[D]. 周敏.华中科技大学 2011
[2]典型托卡马克装置环向场线圈受力—结构分析[D]. 张继明.电子科技大学 2009
本文编号：3187796
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3187796.html
