W/Cu体系紧束缚势模型以及W材料中H气泡形成机制的研究

发布时间：2021-08-23 16:36

　　发展核聚变能对解决人类社会的能源短缺和环境污染问题具有非常重要的意义。因此,国际社会提出了旨在发展核聚变能的国际热核聚变实验堆（International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER）项目。在该项目中,面向等离子体材料（PFMs）扮演着重要的角色,它直接面对着处于极端状态下的等离子体,承受着极强的电磁辐射以及高能中子和逃逸粒子的辐照。钨（W）材料具有高的熔点、高的溅射阈值、低中子辐照活化性、低氢（H）同位素滞留率、低的热膨胀系数和较好的热稳定性等优良特性,被选为ITER项目中的PFMs。然而,在实际应用中,W基PFMs不仅面临着高能粒子诸如中子、H同位素（D和T）和氦（He）轰击所引起的离位损伤,而且也面临着随之而来的H、He气泡的危害。H、He气泡的存在严重影响了W基PFMs的力学性能,从而W材料的服役性能和使用寿命也将受到影响。此外,W是一种高原子序数（Z）元素,H、He气泡破裂产生的碎片会剧烈地污染等离子体。因此,研究W体系中H、He气泡的形成机制从而最终控制气泡的形成就显得至关重要。在本文中,我们采用第一性原理方法研究H原子... 

【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】：109 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

(a)现阶段的B/C/W设计路线;(b)B/C/W路线一全W路线方案.

如图]-4所示，三种样品的表现几乎一致，在]0次的热负荷下，表均没有出现裂纹，在100次的热负荷下，表面均出现了裂纹，而1000次的时都出现了裂纹和表面融化。由此可见Be材料单次能承受的热负荷上限是1MJW,如果承受的是连续多次的热负荷，材料也可能在比较低的热负荷下出裂纹和表面融化。由上可见，在ITER实际应用中，聚变产生的中子会使Be材料的导热性能低，且Be材料容易出现肿胀。此外我们知道Be也是剧毒材料，制备上存在一系列其它材料所没有的问题，因此虽然Be材料己经应用在现阶段的ITER验装置中[Shimada et al(2005)]，Be材料仍然不是理想的PFMs。

如图]-4所示，三种样品的表现几乎一致，在]0次的热负荷下，表均没有出现裂纹，在100次的热负荷下，表面均出现了裂纹，而1000次的时都出现了裂纹和表面融化。由此可见Be材料单次能承受的热负荷上限是1MJW,如果承受的是连续多次的热负荷，材料也可能在比较低的热负荷下出裂纹和表面融化。由上可见，在ITER实际应用中，聚变产生的中子会使Be材料的导热性能低，且Be材料容易出现肿胀。此外我们知道Be也是剧毒材料，制备上存在一系列其它材料所没有的问题，因此虽然Be材料己经应用在现阶段的ITER验装置中[Shimada et al(2005)]，Be材料仍然不是理想的PFMs。

【参考文献】：
期刊论文
[1]VPS-EBW法制备W/Cu功能梯度材料及热负荷实验研究[J]. 种法力,陈俊凌,李建刚.  稀有金属材料与工程. 2006(09)
[2]W-Cu梯度热沉材料的成分与结构设计[J]. 刘彬彬,谢建新.  稀有金属. 2005(05)



本文编号：3358217