核结构材料中氢氦行为的第一性原理研究

发布时间：2021-10-24 08:58

　　核聚变能是洁净、安全和用之不竭的最强大能源。而核聚变的实现,在很大程度上依赖于成功地开发出核部件的高性能材料。在第一面壁材料覆盖下的第一壁结构材料既作为真空室的壁,又包容第一壁冷却剂,在多数设计中还是包层的一部分。这些结构材料处于严酷的使用环境,在使用过程中会受到核聚变反应产生的14MeV高通量的中子的轰击,造成材料的晶格损伤。而且有大量嬗变产物——氢和氦会进入材料中,在材料体内与缺陷相互作用进而影响材料的性能,减少材料的服役寿命。因此必须选择具有较好的抗辐照损伤性能,能在高温应力下运行,兼备良好的力学性能的材料作为结构材料。Ti3SiC2材料兼备陶瓷材料耐高温、抗氧化、耐腐蚀和高强度的特点以及金属材料良好导电导热、可加工性、塑性好等特点,而且较SiCf/SiC复合材料制造成本低,具有良好的连接特性,加之其具有低活化性能,有望成为新一代聚变反应堆结构材料。本论文利用基于密度泛函的第一性原理软件包（CASTEP）对He在Ti3SiC2材料中的行为从原子尺度进行模拟研究。首先计算了He在材料中3个可能占据位置的能量：通过比较能量并结合态密度分析,发现He容易在材料内结合性比较弱的Si层附近... 

【文章来源】：复旦大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

托克马克示意图

实验堆（ITER) ra计划中的托克马克装置是用磁约束来实现的。从图1.1和图1.2可以看出，它的主要部件包括：（1)第一壁，面向等离子体并形成等离子体室；（2)偏滤器，除掉氦灰（快(X粒子慢化后形成的,影响等离子体浓度）与杂质控制部件；（3)包层，主要是Li材料，它隔开高温区，将14MeV中子慢化，使之不对包层以外的部件造成损伤，屏蔽热和福射；沉积高温、高通量、强中子的能量提供发电；增殖燃料循环中所需的氣；（4)屏蔽部件，提供磁系统的损伤保护；（5)真空容器；（6)磁场系统;(7)

—-f- '■' am ''^ V- > 供，i ”\^/ \:W. n a 科.I■热 ,???■’图1.2核聚变堆各部件及功能示意图1.3材料辑照雌费米在1946年就指出“核技术的成败取决于材料在反应堆中的强福射场下的行为”。这就是核工业发展所面临的材料学问题。因为反应堆的结构材料，特别是第一壁的结构材料，在服役过程中由于处于高温高腐烛的恶劣环境中，会受到気-氣核反应产生的14MeV中子辖照，电离福射，以及与等离子体会有相互作用。这些作用会降低材料的性能，减少材料的服役寿命。其中，14MeV的中子辐照效应可以分为离位损伤效应和核嬗变产生杂质原子的效应[3-5]。对于离位效应主要是指：当材料受到快中子轰击时，材料内的晶格原子受到碰撞后获得高的动能而发生离位现象，产生Frenke丨缺陷对；当离位的原子能3

【参考文献】：
期刊论文
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[4]氢对铁中缺陷行为的影响[J]. 万发荣,朱晓峰,肖纪美,袁逸.  物理学报. 1990(07)



本文编号：3454988