聚變材料體心立方金屬輻照損傷缺陷演化動力學(xué)模擬

對聚變用第一壁材料中子輻照引發(fā)的缺陷微觀結(jié)構(gòu)演化進(jìn)行第一性原理結(jié)合分子動力學(xué)模擬計(jì)算研究。對輻照作用下可遷移空位團(tuán)/間隙原子團(tuán)的準(zhǔn)平衡態(tài)演化過程機(jī)理以及W合金與缺陷相互作用等進(jìn)行研究。主要包括： 輻照作用下材料離位損傷產(chǎn)生演化過程動力學(xué)計(jì)算。應(yīng)用分子動力學(xué)結(jié)合第一性原理計(jì)算方法模擬輻照作用下體心立方W中產(chǎn)生的晶體點(diǎn)缺陷產(chǎn)生形成過程，離位閾能的計(jì)算、間隙原子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的系統(tǒng)討論。對與<111>間隙構(gòu)型非常接近的<11h>構(gòu)型存在性作出物理機(jī)理解釋。高溫退火過程中點(diǎn)缺陷的復(fù)合、擴(kuò)散動力學(xué)研究。包括對Frenkel缺陷對的形成和遷移復(fù)合計(jì)算，復(fù)合區(qū)域及擴(kuò)散系數(shù)的溫度效應(yīng)，為點(diǎn)缺陷復(fù)合機(jī)制完成前期基礎(chǔ)。發(fā)現(xiàn)111型間隙原子與空位的復(fù)合區(qū)域?yàn)橐粋€空間橢球，且該橢球半徑隨反應(yīng)溫度升高而增加。 計(jì)算鎢拉伸彈性形變、塑性形變、強(qiáng)化形變和斷裂等四個階段。得到楊氏模量、屈服應(yīng)變和屈服應(yīng)力。塑性形變時生成的FCC和HCP結(jié)構(gòu)的能量高于BCC結(jié)構(gòu)，并使系統(tǒng)保持較低的應(yīng)力水平。在塑性形變后期，長程有序周期結(jié)構(gòu)孿生帶的生長，使系統(tǒng)應(yīng)力呈周期性振蕩變化。在強(qiáng)化相持形變階段，鑲嵌在孿生帶HCP結(jié)構(gòu)中的其它無序結(jié)構(gòu)在應(yīng)力作用下生長，產(chǎn)生孔洞產(chǎn)生并吸收能量，使系統(tǒng)晶格斷裂。 W基合金元素對空位缺陷遷移影響研究。考查合金元素對空位、間隙的作用機(jī)制。發(fā)現(xiàn)合金元素對空位的遷移均表現(xiàn)為較有利的作用，其中Zr合金元素對空位的影響較為明顯，遷移閾能僅為0.859eV。通過有效體積的方式解釋空位遷閾能，且發(fā)現(xiàn)Ta的濃度增加對空位表現(xiàn)更為有利的作用。W合金中間隙結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過啞鈴對形成能發(fā)現(xiàn)，Re、Zr作為間隙原子時具有<110>啞鈴對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而Ta、Hf、Mo、Nb作為間隙結(jié)構(gòu)時<111>啞鈴對具有更加穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。Re更加有助于自間隙結(jié)構(gòu)遷移，Hf有助于Hf-W啞鈴對遷移。 結(jié)論為探索輻照缺陷產(chǎn)生機(jī)理、提高W基合金抗輻照性能提供理論基礎(chǔ)，為未來我國聚變材料設(shè)計(jì)及性能評價指標(biāo)做出參考。 2100433B

研究聚變環(huán)境下中子輻照引發(fā)的材料中各種物理過程和微觀機(jī)理是未來核聚變能實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)之一。本項(xiàng)目采用分子動力學(xué)計(jì)算方法，系統(tǒng)研究高能粒子輻照對面向等離子體材料W和結(jié)構(gòu)材料Fe的輻照缺陷損傷效應(yīng)。課題將對體心立方金屬W及Fe中“空位-間隙”形成的缺陷生長過程進(jìn)行模擬計(jì)算，對空位團(tuán)/間隙位錯的準(zhǔn)平衡態(tài)發(fā)展演化過程以及缺陷壽命等相關(guān)機(jī)理分析研究；同時還將對材料離位損傷缺陷與H/He雜質(zhì)的相互作用進(jìn)行討論，研究雜質(zhì)對材料缺陷穩(wěn)定性的影響及規(guī)律。本研究為聚變材料的選擇設(shè)計(jì)提供重要的理論參考依據(jù)。

面心立方晶格金屬和合金低溫塑性優(yōu)于體心立方晶格金屬的原因是面心立方金屬允許位錯通過的滑移面比體心立方金屬的多，這些滑移面允許位錯穿過晶體，而使金屬獲得延性 。

玻璃輻照損傷glass irradiatian damage又稱玻璃輻射損傷、指各種射線輻照所引起的玻璃結(jié)構(gòu)變化以及相應(yīng)的物理性質(zhì)(如密度、折射率、電阻、導(dǎo)熱系數(shù)等)的變化。例如:石英玻璃經(jīng)人ail }電子照射會引起密度_f}升，鍵角變小，所含痕量雜質(zhì)有可能形成電子陷阱，孔穴陷阱和色心等;含銀的磷酸鹽玻璃在輻照后能放出特征的橙色熒光，且熒光與輻射劑量成線性關(guān)系:利用這一效應(yīng)可制成輻射劑量玻璃。

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研究納米尺度的硬質(zhì)點(diǎn)、氣泡，以及結(jié)構(gòu)相變等因素對金屬材料在高應(yīng)變率加載下?lián)p傷演化和動態(tài)斷裂的影響。采用多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)，包括：氣體炮和脈沖強(qiáng)激光加載手段，配合測量板狀樣品在沖擊波壓縮和卸載過程中的自由面速度歷史，X射線閃光照相觀測，以及軟回收樣品的細(xì)觀組織分析，獲取層裂破壞的演化發(fā)展信息?；趯?shí)驗(yàn)結(jié)果，建立物理模型，開展數(shù)值模擬，預(yù)期對層裂破壞現(xiàn)象的物理過程和發(fā)展規(guī)律獲得較全面的理解和認(rèn)識。 2100433B