聚变堆第一壁材料概述

《聚变堆第一壁材料概述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、聚变堆第一壁材料概述目录翻2一.核能21.1当前的能源瓶颈21.2核聚变发展概况3二.核聚变反应堆的工作环境4三.第—•壁材料53.1钨基合金53.2低活化铁素体/马氏体钢6四.Fe-Cr二元合金力学性质的第一性原理研究64.1弓

2、言64.2Fe-C:二元合金的电子结构74.3给论8五.参考文献8摘要核聚变能，是未来解决能源危机的终极方案"核聚变反应堆屮复杂的工况环境，对材料提出了苛刻的要求"第一壁结构材料的辐照损伤是目前核聚变研宄的一个重要方面"本论文简单地讨论了氢原子在第一壁材料屮的行为，研究了铁磁体心立方Fe—Cr二元合金随着铬元素含量不同而引起的力学性质与

3、平均磁矩的变化，针对低活化钢中重要的少量元素钨,系统地研究了铬-钨元素对Fe—Cr一W三元合金力学性质的影响。"我们希望我们的计算结果对理解钨材料屮的氢原子行为和低活化钢组分的设计能起到一定的指导作用"。钨基材料已经被应用于国际热核聚变实验反应堆(工TER)中的第一壁材料设U•中"氢原子等杂质将会通过反应等离子体的轰击而引入，对于面向等离子体钨基壁材料的性能和稳定性行很重要的影响"采用第一性原理密度泛函理论和平面波鹰势技术，我们研究了氢原子在完美体心立方钨晶格中的行为"我们比较了氢原子在不同吸附间隙位的结合能以确定氢原子在钨晶格中的最佳吸附位为四面体间隙位"我们还

4、计算了氢原子在钨晶格屮扩散的迁移势垒，发现S优的迁移路线为四面体间隙位一对角线间隙位一四面体间隙位，我们同时还研究了两个孤立氢原子在钨晶格屮的相互作川，我们的研究对氢原子的扩散以及钨基材料屮氢泡的形成提供了一定的理论依据。巾于优良的抗辐照肿胀、抗辐照脆性性能和很好的热力学性质,低活化铁素体/马氏体钢被汄为是热核聚变实验反应堆的重要结构材料候选材料，低活化马氏体/铁素体钢主要以铁磁体心立方Fe—Cr二元合金(其中Cr的质量含量为7—12%)为基础，同时含有鹤!钮,等微量元素。大量的实验理论研究表明,Cr元素对于低活化钢力学性能、抗辐照效应有着重要的影响，由于低活化钢

5、是聚变反应堆的主要结构材料，其力学性质对于聚变反应堆的安全而言非常重要，因此研究Cr元素对低活化钢力学性质的影响也具有重要的意义。论文以Fe—Cr二元合金(Cr的原子个数比为0—15.6%)体系的随机固溶体模型为研究对象，采用第一性原理方法研宄了Cr元素对Fe—Cr二元合金体系力学性能的影响，计算结果表明,Fe—Cr二元合金的晶格常数均大于铁磁体心立方纯铁晶体的晶格常数;Fe—Cr二元合金的杨氏模量、剪切模量随着Cr元素含量的增加呈非单调增加的趋势，不同组分的Fe—Cr二元合金均表现为展性行为，Fe—Cr二元合金的平均原子磁矩随Cr元素含量的增加呈线性下降的趋势。

6、低活化铁素体/马氏体钢的最主要成分为Fe—Cr一W三元合金，采用基于密度泛函理论的精确松饼势轨道(EMTO)方法，结合相干势近似(CPA)和全电荷密度(FCD)技术，我们研宄了况；计算了体模量B、剪切模量G、杨氏模量从体模量与剪切模量比值(B/-)和泊松比(v)与三组元含量的相应关系，整体而言,Fe—Cr一W三元合金体系的弹性模量随着Cr元素的增加而增大,W元素对合金体系的弹性模量变化影响不大。第一性原理;力学性质关键词:第一壁材料;金属羚Fe—Cr二元合金;一.核能1.1当前的能源瓶颈世界经济的发展,得益于石油、天然气、煤炭等化石能源尤其是石汕的广泛应用，石汕被

7、誉为现代工业的血液，在人规模开采和广泛应用不到一百年的时间里，石油极大地推动了现代文明的发展；在过去的一百年里，人类经济的腾飞很大程度上依赖于石油的开采和应用"为了争夺石油这一重要而又稀缺的资源，世界上甚至发生了公认的三次石油危机。人类在石油这一资源的争夺上付出了很大代价的同时，在经过人类多年的开采后，石油这一宝贵资源正在逐渐袞竭，然而随着社会生产力的发展与人类文明的进步，人类对能源的需要却是越来越明显!越来越庞人，潜卉:的能源危机已经成为21世纪人类社会将要面临而乂必须要解决的重火难题之一。化石能源之后的最主要能源，合理的利用和发展核能，可以解决人类所Ifil临

8、的能源危机问题。1.2核聚变发展概况1938年,德国物理学家Hahn和Szilard利用中子轰击铀原子核时发现了铀原子核的裂变，从而揭开了人们研究、使用核能的序幕。核能包括裂变能和聚变能；裂变能是重元素（如铀、杯等）原子核发生裂变反应吋释放的能量，聚变能是轻元素（氖和氣）原子核发生聚合反应时释放出來的能量。核聚变的基础是，轻核聚合成重核,同时存在质量7损。根据AlbertEinstein的质能方程,质量改变能景即改，聚变W此释放能量。聚变反应的前提条件是，原子核之间的距离要小，必须在核力作用范围闪（约3XI（ri3crn）o所以我们需要设法使原子核具有足够的动能去

9、克服静电位