氚在鎢/鉬中滲透滯留行為的理論研究

《氚在鎢/鉬中滲透滯留行為的理論研究》是依託煙臺大學，由劉悅林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：氚在鎢/鉬中滲透滯留行為的理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉悅林
• 依託單位：煙臺大學

項目摘要

在磁約束核聚變工程電漿真空室包層設計中，擬採用鎢/鉬作為面向電漿材料。但是，氘-氚反應使得大量氚充入反應室中，氚在材料中滲透並產生滯留，這直接關係著未來聚變堆運行的經濟性與安全性。同時，氘-氚反應產生的14.1 MeV高能中子對鎢/鉬進行輻照轟擊，產生嚴重的原子離位損傷導致各種缺陷像自間隙原子、空位以及空洞產生，而且高能中子還會發生核嬗變反應產生雜質錸、鋨和氦等。本項目採用第一原理結合統計物理模型和擴散理論，研究鎢/鉬中氚與空位、自間隙原子、嬗變雜質的相互作用和熱力學穩定性，研究氚在鎢/鉬中的擴散特性、以及這些缺陷和雜質存在時對氚在鎢/鉬中擴散的影響，計算氚-空位複合物在不同溫度下的濃度，討論這些因素存在時壓強/時間/材料厚度對氚在鎢/鉬中滲透滯留的影響。為建立氚在面向電漿材料鎢/鉬中駐留量的評估方法提供數據和參考。

結題摘要

在磁約束核聚變工程電漿真空室包層設計中，擬採用鎢/鉬作為面向電漿材料。但是，氘-氚反應使得大量氚充入反應室中，氚在材料中滲透並產生滯留，這直接關係著未來聚變堆運行的經濟性與安全性。同時，氘-氚反應產生的14.1 MeV高能中子對鎢/鉬進行輻照轟擊，產生嚴重的原子離位損傷導致各種缺陷像自間隙原子、空位以及空洞產生，而且高能中子還會發生核嬗變反應產生雜質錸、鋨和氦等。本項目採用第一原理結合統計物理模型和擴散理論，研究了鎢/鉬中氚與空位、自間隙原子、嬗變雜質的相互作用和熱力學穩定性，研究了氚在鎢/鉬中的擴散特性、以及這些缺陷和雜質存在時對氚在鎢/鉬中擴散的影響，計算氚-空位複合物在不同溫度下的濃度，討論了這些因素存在時壓強/時間/材料厚度對氚在鎢/鉬中滲透滯留的影響。具體計算得出了氫同位素在本徵鎢/鉬中的形成能、溶解度、擴散能壘、擴散係數以及滲透速率隨溫度的變化關係。給出了了H-He在本徵鎢/鉬中協同相互作用以及空位對H-He在鎢/鉬中協同作用的影響。得出了各向同性應力對氫在本徵鎢/鉬中溶解和擴散的影響。在等軸應變和溫度雙重條件存在時，研究了氫同位素在鎢/鉬中的擴散特性。最後，我們給出了氚在本徵鎢/鉬中與雜質元素Re和Os以及合金化元素的相互作用。這些研究結果為建立氚在面向電漿材料鎢/鉬中駐留量的評估方法提供了數據和參考。在該基金資助下(NSFC, Grant No. 11575153)，共發表論文15篇，其中SCI收錄14篇，EI收錄1篇。