《氫在鎢中的擴散機制和氫致起泡的動力學研究》是依託北京航空航天大學，由舒小林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：氫在鎢中的擴散機制和氫致起泡的動力學研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：舒小林
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金屬鎢（W）因其高熔點、高熱導率和低濺射率等特性成為核聚變托卡馬克裝置及未來反應堆面對電漿材料（PFM）的重要候選材料。W的氫致起泡直接影響到電漿穩定性並降低PFM使用壽命，是W作為PFM首要解決的問題。本項目在已建立的適用於W中氫致起泡研究的W-H原子間相互作用勢基礎上，繼續建立W-He原子間相互作用勢；套用這些作用勢採用分子動力學方法研究W中H與空位型缺陷（含空位和空位團簇）的相互作用，計算W中導致空位形成的H臨界濃度和不同溫度下形成H分子的空位型缺陷臨界尺寸，模擬W中H的擴散、聚集、滯留和微觀成泡的動力學演化過程，考察氦對這些演化過程的影響，籍此揭示W中氫致起泡的微觀物理機制並提出可能的抑制氫泡形成方法，為鎢基PFM的製備、設計和使用提供重要的理論參考依據。
結題摘要
鎢（W）具有高熔點、高熱導率、濺射率低的特點成為核聚變裝置中面對電漿材料（PFM）重要候選材料。本課題針對W在氫（H）/氦（He）等離子環境下的氫致起泡所面臨的實際問題開展研究，具有重要的理論和實際意義。現將本課題取得的成果匯報如下： 1、成功開發了適應於包括缺陷在內的W-H-He體系鍵級勢形式和嵌入形的原子間相互作用勢函式，為本課題打下了基礎，也為國際上W-H-He體系的研究提供了參考。 2、為了更好地理解H/He聚集行為，研究了H/He在W中及W表面的擴散特性，弄清了H/He在W中的機制：低溫下H/He是以四面體間隙-四面體間隙形式擴散，高溫下則為四面體間隙-四面體間隙和四面體間隙-八面體間隙-四面體間隙的混合間隙模式擴散。 3、研究分析得到了W中H/He行為及H/He泡形成機理，即氫泡和氦泡的形成均經歷“H/He-空位團簇形成H/He捕獲空位捕獲更多的H/He捕獲”的形成和長大過程。但由於H/He在電子結構上的差別，氫泡形成需要較高的H濃度，並且H達到一定濃度時，H將不能夠與H-空位團結合；而氦泡則趨於自發形成。研究發現He團簇在W體內的長大過程伴隨自間隙環的發射和捕獲現象，研究了He團簇在W表面的長大過程，得到了He團簇在表面成核與長大的深度效應。 4、研究了W中存在H而形成空位的過程，得到了H致空位的形成機制，即，當W中H原子達到一定濃度後，發現了W原子會形成六邊形自間隙團簇，確認了H會導致W中空位的產生。 5、研究了H在W晶界中的行為及對晶界運動的影響：研究得出，H對晶界的遷移起阻礙作用，且在高於一定濃度之後會促使晶界處結構向無序化發展，嚴重阻礙晶界的運動，雖然高溫可以緩解這個效應，但仍然會使晶界遷移的能壘增加1-2倍左右，因此可以說H的存在不利於晶界消除材料內部的缺陷。 本課題研究期間共發表了16 篇SCI 論文；參加國際會議8人次，國內會議6人次，進行了卓有成效的學術交流；項目培養博士研究生4 名，碩士生1名。
