《氦與氫同位素共同作用於核材料的多尺度模擬》是依託四川大學，由汪俊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：氦與氫同位素共同作用於核材料的多尺度模擬
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：汪俊
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氦和氫同位素與核材料的作用涉及聚變反應堆的設計、核武器用儲氚材料的研製諸多領域。研究表明，氦和氫同位素原子都會在材料中通過各種擴散機制聚集成團簇，團簇的融合、生長以及釋放會引起材料老化、機械性能下降。因此，研究氦氫對材料巨觀性能的影響以及如何控制不利因素，無論在和平利用核能研究領域還是在核武器研製上都有著十分重要的意義。. 目前，材料中氦氫共同作用行為的理論研究大多採用從頭算法，但該方法考察的系統只有幾百個原子，包含的氦氫原子一般只有幾個，對於較大密度的氦氫共存的情況難以處理。本項目將基於從頭算法研究結果，開發部分原子間相互作用勢，採用基於GPU並行化的分子動力學方法和運動學模特卡羅方法在不同尺度下研究核材料中的氦氫共同作用機理。. 本項目創新之處：開發部分原子間相互作用勢；已開發的基於GPU並行化的分子動力學程式能處理多體相互作用；多尺度模擬核材料中氦氫共同作用機理。
結題摘要
氦和氫與核材料的作用涉及諸多重要領域，如：聚變反應堆的設計、核武器用儲氚材料的研製。研究表明，氦和氫原子都會在材料中經由多種擴散機制聚集成團簇，團簇的進一步長大融合以及釋放引起材料的膨脹、起泡，最終導致部件老化、機械性能下降。因此，研究氦氫與材料的作用機理，無論在和平利用核能領域還是在核武器研製上都有著十分重要的意義。本項目基於從頭算法研究結果開發部分原子間相互作用勢，進而採用分子動力學方法和運動學模特卡羅方法在不同尺度下研究核材料中的氦氫作用機理。本項目取得的重要研究結果如下： 1.可靠的鎢勢是運用分子動力學方法研究金屬鎢中氫氦行為最為重要的部分。我們基於從頭算法數據構造了一種新的鎢勢，克服了最為廣泛套用的Ackland–Thetford 勢的不足之處（Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering，2014, 22: 015004）。該工作受到了國際同行的關注，並被美國國家標準與技術研究院（NIST）的Interatomic Potential Repository Project負責人Becker博士收錄進勢庫（http://www.ctcms.nist.gov/potentials/W.html）。該勢庫為全世界從事材料模擬的科研人員免費提供材料的相關勢,是研究人員獲得勢的一個重要途徑，這也是目前為止該勢庫（http://www.ctcms.nist.gov/potentials/）第一次收錄來自中國科研小組的工作； 2.基於從頭算法數據構造了He-W勢，克服了前人工作的缺陷。隨後，直觀地研究了不同氦鎢勢組合下氦的不同擴散機制及其原因，發現擴散前因子與擴散機制密切相關； 3.提出一種新方法計算氦團簇對氦的吸引半徑為運動學Monte Carlo方法提供動力學參數，並研究了氦團簇的擴散行為； 4.採用分子動力學方法研究了低能氦轟擊晶體表面時溫度的影響； 5.研究了低能氦轟擊鎢靶對鎢表面的輻射損傷； 6.研究了儲能材料鈦近表面處氦團簇的釋放行為； 7.研究了高密度氦和金屬體內氦團簇的熱力學屬性； 8.提出了一種基於多個GPU並行的分子動力學方法，能夠處理多體勢，能夠處理包含上百萬個原子的系統。
