氫氦對輻照材料損傷機制的計算機模擬研究

《氫氦對輻照材料損傷機制的計算機模擬研究》是依託復旦大學，由王月霞擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：氫氦對輻照材料損傷機制的計算機模擬研究
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王月霞

項目摘要

當前發展核能急需解決長期存在於材料學中的特殊問題－氫氦問題。當氫、氦等嬗變產物進入材料體內通過聚集成泡並與輻照產生的移位缺陷相互作用，將引起材料的微觀結構變化而惡化材料的力學性能，縮短材料的使用壽命。本課題擬採用計算機模擬技術研究氫、氦與材料因輻照損傷產生的移位缺陷間的協同作用所構成的缺陷複合體的微觀結構演化行為。研究將分別採用分子動力學、第一性原理以及蒙特卡洛方法對從輻照初期缺陷產生、相互作用的動力學行為，到後期缺陷回復為穩定的熱平衡態這一全部過程進行多尺度的模擬計算。之後，對體記憶體在不同缺陷態的材料施加拉伸或剪下等應力，模擬研究這些缺陷複合體對材料從彈性、塑性到脆性的力學性能影響，進而探索材料遭受氫、氦損傷的主要因素以及相關的物理機制。這將為評估材料的抗損傷能力提供理論數據，同時對損傷機制的探討有助於採取有效手段預防這一類的損傷。

結題摘要

當前發展核能急需解決長期存在於材料學中的特殊問題－氫氦問題。當氫、氦等嬗變產物進入材料體內通過聚集成泡並與輻照產生的移位缺陷相互作用，將引起材料的微觀結構變化而惡化材料的力學性能，縮短材料的使用壽命。本項目自2012-2015年度圍繞此主題，不論從計算方法研究上（從動力學以及熱力學角度採用不同的算法），還是基於密度泛函理論從電子結構分析原子的鍵合特性上，均細緻深入探討了：氫、氦在各類核材料中的演化聚集行為，特別重點研究了氫同位素在聚變堆第一壁材料中的滯留，提出W-C混合層影響氫滯留的微觀機制；氫、氦對材料脆性影響的機制，發現MAX 相Ti3SiC2金屬陶瓷陶瓷材料有別於金屬具有優異的抗氫脆及抗氦泡增長的獨特性能，這為開發新一代先進核結構材料提供了新的思路。氫同位素在聚變堆第一壁材料W中滯留的研究中，發現氫在該材料中的滯留嚴重依賴於反應堆服役條件下W表面的相結構成分。在高溫、強輻照條件下，由於共沉積以及注入雜質等因素，W表面易形成W-C混合層。該混合層很可能存有碳的非晶相，類石墨相，WC1-x（0）