金属钨中级联碰撞的分子动力学模拟研究

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1、学校代号：10532学号：S11072014密级：不保密湖南大学硕士学位论文金属钨中级联碰撞的分子动力学模拟研究MoleculardynamicssimulationofthedisplacementcascadesintungstenByYANGXiaodanB．S．(ShanxiChangzhiCollege)2011AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScience1nCondensedMatte

2、rPhysicsintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorDENGHuiqiuMay，2014湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：枷岍日期：砂垆年乡月2口日学位论文版权使用授权书本学

3、位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密商。(请在以上相应方框内打“、／”)作者签名：导师签名：日期：缈伊年岁月2．o日日期：沙f够年，月秒日金属钨中级联碰撞的分子动力学模拟研究摘要随着地球能源短缺和环境污染等社会性问题的日益突出，核能的开

4、发和利用显得尤为重要。到目前为止，核聚变能的开发已经引起了全世界的广泛关注和研究。因为聚变堆中第一壁材料长期暴露在高能中子等强辐射的特殊环境下将会对材料的性能产生巨大的影响，所以第一壁材料将是决定聚变堆使用寿命的关键之一。金属钨具有耐高温、良好的热导率和低溅射率等特性，因而成为未来核聚变堆中第一壁面向等离子体的候选材料之一。中子辐照和核聚变反应最终导致第一壁材料中有少量氦原子的滞留和沉积，而氦原子在金属钨中的积累会形成氦泡，最终导致金属表面起泡甚至形成纳米丝状结构，这都将极大的降低金属钨的使用性能。所以，研究金属钨的

5、级联碰撞行为成为目前一项非常有意义的工作。本文运用分子动力学方法详细地研究了金属钨的级联碰撞辐照损伤，并考虑了金属钨中含有间隙氦原子和替位氦原子的情况。本文分别讨论了氦原子浓度、初级离位原子能量(PKA)和辐照温度这三个条件对金属钨中缺陷数目和缺陷构型的影响。基于NRT模型和分子动力学模拟的结果，分别计算了各种辐照条件下的级联效率，得出以下结论：(1)在纯钨中，最后稳定状态的缺陷数目和级联效率都随着辐照温度的升高而减少，但是这种减少的趋势比较微弱。最后稳定状态幸存的缺陷数目随着PKA能量的升高而增加。(2)金属钨中间

6、隙氦原子的存在可以促进缺陷的产生并提高级联效率，而且这种趋势会随着问隙氦原子浓度的升高而变得更加显著。同时缺陷数目和级联效率也随着辐照温度的升高而明显的增加，这与纯钨中的情况是完全相反的。PKA能量对于缺陷数目的影响与纯钨中的情况是一致的，缺陷数目随着PKA能量的升高而增加。间隙氦原子对级联碰撞中缺陷结构分布产生很大的影响。在级联碰撞中出现了大量沿着<111>方向的挤列子；尤其是在间隙氦浓度较高的时候，这些挤列子聚集在一起形成了较大的团簇。(3)替位氦原子存在对金属钨中缺陷数目的影响与间隙氦存在时的情况完全相反。替位

7、氦原子的存在抑制了缺陷的产生，而且缺陷数目随着替位氦原子浓度的升高而减少。关键词：级联碰撞；金属钨；氦原子；分子动力学硕士学位论文AbstractTodatetheenergycrisisandenvironmentpollutionhavebecomemoreserious，andthedevelopmentofnuclearenergyisparticularlyimportantandurgent．Theresearchanddevelopmentofnuclearfusionmaterialshasattra

8、ctedmoreattentionaroundtheworld．Especiallyinfusionreactor，thefirst-wallmaterialwillbeexposedinrigorouscircumstances，suchaslligh-energyneutronintensityradiationforalong-term．