钨晶界上点缺陷的第一性原理研究
发布时间：2022-01-08 06:18
核能系统中材料的宏观辐照损伤效应是载能粒子与材料原子之间两类相互作用的结果。其一是碰撞导致原子位移,使材料中产生大量的空位（V）和自间隙子（SIA）;其二是入射离子与材料原子之间的核反应,导致氢（H）、氦（He）等元素掺杂。Vs可能会聚集形成空洞,SIAs可能会聚集形成位错环。H和He原子会在空位、位错、晶界等缺陷处聚集形成气泡。这些缺陷的形成会降低材料的性能,影响核能系统的长期安全运行。晶界作为点缺陷的沉积中心,能够有效增强材料的抗辐照性能,但是实验研究表明不同晶界对点缺陷的沉积能力不同。为了合理地指导晶界工程设计具有优良抗辐照性能的晶界,首先需要研究晶界结构对点缺陷的溶解、偏聚行为的影响。钨（W）及其合金在聚变堆以及加速器驱动次临界系统（ADS）中具有重要的应用前景。因此本论文以W作为研究对象,使用第一性原理的方法系统地研究了W中V、SIA、H、He偏聚行为对晶界结构的依赖关系。主要结果如下:1.研究了晶界结构对V、SIA偏聚行为的影响。结果表明:空位形成能随着空位刚球半径的增大而先增大后减小。当刚球半径为完美晶体中W原子的刚球半径1.38?,空位形成能最大。这表明与单晶钨相比,越...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
各国运行的反应堆数量以及核电占比Figure1.1.Thenumberofoperatedteactoisandtheproportionofnuclearpowertototalpowergenerationineacheounfry:[3]
国际上现有的燃料循环模式是“开环”和“闭式”两种模式。开环模式中，核乏料被卸出后经过冷却即被封装深埋。 因此，开环模式也被称之为“一次通过”方案。考虑到核乏料处理的经济性，“一次通过”是目前国内外采用的核乏料处理的主流方案[5, 6]。虽然“一次通过”方案实现简单, 但是由于核乏料需在地质层中长期存放，这将对深埋点的地质条件以及装载核乏料的容器提出了很高的要求。另外，将核乏料不加以分离和再利用而直接深埋，这将造成核燃料以及其他同位素等宝贵资源的极大浪费。文献报道，美国每年要通过地质深埋处理大约 2000 吨核乏料[5]。闭式循环中，将 U 和 Pu 从核乏料中分离，并再次制成核燃料，只地质深埋剩余的核乏料。与开环模式相比，闭式循环模式明显提高了核资源利用率，同时减小了高放射性核废料的处置量。但是闭式循环模式并没有降低核乏料的寿命、放射性，因而没有降低对地质条件以及装载核乏料的容器的要求。
ADS 系统是二十世纪核科学技术发展中两大工程——加速器和反应堆的“结合体”，能够将长寿命高放射性的核废料嬗变成短寿命核素，被认为是最有效的核废料处置技术方案[2]。但是，目前世界上尚无建成先例。ADS 的基本原理如下。首先利用加速器产生高能质子束，然后使用高能质子束轰击散裂靶并与靶发生散裂反应产生宽能谱的散裂中子，再以散裂中子驱动和维持次临界反应堆中的核嬗变反应，最终通过嬗变反应得到一定的核燃料，同时输出能量。图 1.3 给出了 ADS 系统的原理示意图。2009-2010 年的广泛评议认为使用 ADS 进行核乏料的嬗变处理是目前我国合理的选择[2, 7-9]。考虑到核乏料积累的速度，非常有必要在 2032 年左右将 ADS 系统投入使用[2]。2011 年 1 月，中国科学院批准了“未来先进核裂变能—ADS 嬗变系统”作为 A 类战略性先导科技专项实施，针对 ADS第一阶段原理验证，开展了相关的科学问题和关键技术问题的前瞻基础研究，同时建设创新团队和配套科研基地[2, 10, 11]。此后，ADS 计划由加速器驱动嬗变
【参考文献】：
期刊论文
[1]全球能源互联网理念及前景展望[J]. 王益民. 中国电力. 2016(03)
[2]铌对钨中氦行为影响的第一性原理研究[J]. 王欣欣,张颖,周洪波,王金龙. 物理学报. 2014(04)
[3]Effect of helium implantation on mechanical properties of niobium doped tungsten[J]. MA YuTian,ZHANG Ying,LU GuangHong,ZHU KaiGui. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2013(07)
[4]未来先进核裂变能——ADS嬗变系统[J]. 詹文龙,徐瑚珊. 中国科学院院刊. 2012(03)
[5]快堆核燃料循环模式的经济性评价[J]. 胡平,赵福宇,严舟,李冲. 核动力工程. 2012(01)
[6]超细晶/纳米晶钨——未来聚变堆面向等离子体材料[J]. 刘凤,李强,王万景,罗广南,刘伟. 材料导报. 2011(19)
[7]加强ADS技术研究 促进核能大规模可持续发展[J]. 夏海鸿,罗璋琳,赵志祥. 现代物理知识. 2011(04)
[8]关于加速器驱动次临界系统（ADS）研发促进我国核能可持续发展的建议[J]. 中国科学院院刊. 2009(06)
[9]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)
[10]聚变材料研究的现状和展望[J]. 许增裕. 原子能科学技术. 2003(S1)
硕士论文
[1]ADS系统靶件多物理场分析研究[D]. 周红.中国原子能科学研究院 2002
本文编号：3576046
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
各国运行的反应堆数量以及核电占比Figure1.1.Thenumberofoperatedteactoisandtheproportionofnuclearpowertototalpowergenerationineacheounfry:[3]
国际上现有的燃料循环模式是“开环”和“闭式”两种模式。开环模式中，核乏料被卸出后经过冷却即被封装深埋。 因此，开环模式也被称之为“一次通过”方案。考虑到核乏料处理的经济性，“一次通过”是目前国内外采用的核乏料处理的主流方案[5, 6]。虽然“一次通过”方案实现简单, 但是由于核乏料需在地质层中长期存放，这将对深埋点的地质条件以及装载核乏料的容器提出了很高的要求。另外，将核乏料不加以分离和再利用而直接深埋，这将造成核燃料以及其他同位素等宝贵资源的极大浪费。文献报道，美国每年要通过地质深埋处理大约 2000 吨核乏料[5]。闭式循环中，将 U 和 Pu 从核乏料中分离，并再次制成核燃料，只地质深埋剩余的核乏料。与开环模式相比，闭式循环模式明显提高了核资源利用率，同时减小了高放射性核废料的处置量。但是闭式循环模式并没有降低核乏料的寿命、放射性，因而没有降低对地质条件以及装载核乏料的容器的要求。
ADS 系统是二十世纪核科学技术发展中两大工程——加速器和反应堆的“结合体”，能够将长寿命高放射性的核废料嬗变成短寿命核素，被认为是最有效的核废料处置技术方案[2]。但是，目前世界上尚无建成先例。ADS 的基本原理如下。首先利用加速器产生高能质子束，然后使用高能质子束轰击散裂靶并与靶发生散裂反应产生宽能谱的散裂中子，再以散裂中子驱动和维持次临界反应堆中的核嬗变反应，最终通过嬗变反应得到一定的核燃料，同时输出能量。图 1.3 给出了 ADS 系统的原理示意图。2009-2010 年的广泛评议认为使用 ADS 进行核乏料的嬗变处理是目前我国合理的选择[2, 7-9]。考虑到核乏料积累的速度，非常有必要在 2032 年左右将 ADS 系统投入使用[2]。2011 年 1 月，中国科学院批准了“未来先进核裂变能—ADS 嬗变系统”作为 A 类战略性先导科技专项实施，针对 ADS第一阶段原理验证，开展了相关的科学问题和关键技术问题的前瞻基础研究，同时建设创新团队和配套科研基地[2, 10, 11]。此后，ADS 计划由加速器驱动嬗变
【参考文献】：
期刊论文
[1]全球能源互联网理念及前景展望[J]. 王益民. 中国电力. 2016(03)
[2]铌对钨中氦行为影响的第一性原理研究[J]. 王欣欣,张颖,周洪波,王金龙. 物理学报. 2014(04)
[3]Effect of helium implantation on mechanical properties of niobium doped tungsten[J]. MA YuTian,ZHANG Ying,LU GuangHong,ZHU KaiGui. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2013(07)
[4]未来先进核裂变能——ADS嬗变系统[J]. 詹文龙,徐瑚珊. 中国科学院院刊. 2012(03)
[5]快堆核燃料循环模式的经济性评价[J]. 胡平,赵福宇,严舟,李冲. 核动力工程. 2012(01)
[6]超细晶/纳米晶钨——未来聚变堆面向等离子体材料[J]. 刘凤,李强,王万景,罗广南,刘伟. 材料导报. 2011(19)
[7]加强ADS技术研究 促进核能大规模可持续发展[J]. 夏海鸿,罗璋琳,赵志祥. 现代物理知识. 2011(04)
[8]关于加速器驱动次临界系统（ADS）研发促进我国核能可持续发展的建议[J]. 中国科学院院刊. 2009(06)
[9]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)
[10]聚变材料研究的现状和展望[J]. 许增裕. 原子能科学技术. 2003(S1)
硕士论文
[1]ADS系统靶件多物理场分析研究[D]. 周红.中国原子能科学研究院 2002
本文编号：3576046
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