鎢(W)材料以其高熔點(diǎn),高導(dǎo)熱系數(shù),優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和低氘/氚滯留等特點(diǎn)被認(rèn)為是面向等離子體材料(PFMs)的最主要候選材料。在聚變服役過(guò)程中,氦(He)作為核聚變產(chǎn)物在鎢材料中的溶解度低,易發(fā)生擴(kuò)散和聚集,將導(dǎo)致鎢材料表面起皺、起泡、形成納米絨毛等輻照損傷,隨即發(fā)生開(kāi)裂和剝落,導(dǎo)致材料服役性能降低甚至失效,嚴(yán)重威脅核聚變堆的安全運(yùn)行。因此,研究氦在鎢中行為,對(duì)鎢基材料在聚變堆中的應(yīng)用具有重要意義。為闡明鎢基材料中固有缺陷、非金屬原子和金屬原子以及它們之間的協(xié)同作用對(duì)氦在鎢中的溶解、擴(kuò)散和捕獲行為的影響,本論文采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法,以空位、氮和鋯原子為例,研究了其對(duì)氦溶解、擴(kuò)散、捕獲行為的影響。另外,研究了鋯元素對(duì)鎢力學(xué)性能的影響。主要研究成果如下:1、空位作為金屬鎢中固有缺陷,以及常見(jiàn)的中子輻照缺陷,在較大缺陷的成核、演化和動(dòng)力學(xué)行為中起著至關(guān)重要的作用。為了研究空位(Vac)缺陷環(huán)境下氦在鎢中的溶解行為,通過(guò)計(jì)算分析氦在鎢中不同位置的溶解能,發(fā)現(xiàn)氦原子的最穩(wěn)定位置是空位,且氦原子在四面體間隙位(TIS)比在八面體間隙位(OIS)更穩(wěn)定。同時(shí)結(jié)合過(guò)渡態(tài)理論,運(yùn)用C...

【文章頁(yè)數(shù)】：130 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１?ｍＭ聚變反應(yīng)示意圖??

北京科技大學(xué)博士學(xué)位論文??２文獻(xiàn)綜述??２．１面向等離子體材料的工況??核聚變反應(yīng)是幾個(gè)原子核聚合成一個(gè)原子核，同時(shí)釋放出巨大能量的過(guò)??程，是最有望解決人類(lèi)能源問(wèn)題的有效途徑之一。在聚變反應(yīng)中氘氚聚合反??應(yīng)（２Ｄ＋３Ｔ—４Ｈｅ＋ｎ＋１７．５８?ＭｅＶ，如圖２－１所示），因?yàn)?...

圖２－２?ＩＴＥＲ中ＰＦＭｓ示意圖??

北京科技大學(xué)博士學(xué)位論文??集中，形成大塊聚集體的趨勢(shì)［８，９］。??麵祕(mì)??ｊ??圖２－２?ＩＴＥＲ中ＰＦＭｓ示意圖??以上各種問(wèn)題與聚變堆運(yùn)行的高溫環(huán)境共同作用，導(dǎo)致ＰＦＭｓ物理性能??的改變特別是宏觀力學(xué)性能的退化，并會(huì)破壞ＰＦＭｓ的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)完整性，??最終影響到聚變堆....

圖２－３鎢材料在輻照過(guò)程中的四種損傷類(lèi)型：（ａ）裂紋［１９］，?（ｂ）起泡［２Ｇ］，?（ｃ）孔洞［２１］??（ｄ）納米絨毛［２０］

北京科技大學(xué)博士學(xué)位論文??其中氘氚聚變反應(yīng)所產(chǎn)生的Ｈｅ?（通常帶有較大的能量）以及嬗變反應(yīng)產(chǎn)生的??Ｈｅ都會(huì)與鎢相互作用，從而導(dǎo)致鎢結(jié)構(gòu)損傷和性能變化，因此研宄Ｈｅ引起??的Ｗ的損傷及其形成機(jī)制具有重要意義。氦引起的鎢材料的表面損傷主要裂??紋、起泡、孔洞和納米絨毛［１９＝１］....

圖２－４鎢材料表面氦氣泡的形成示意圖ｔ％

北京科技大學(xué)博士學(xué)位論文??其中氘氚聚變反應(yīng)所產(chǎn)生的Ｈｅ?（通常帶有較大的能量）以及嬗變反應(yīng)產(chǎn)生的??Ｈｅ都會(huì)與鎢相互作用，從而導(dǎo)致鎢結(jié)構(gòu)損傷和性能變化，因此研宄Ｈｅ引起??的Ｗ的損傷及其形成機(jī)制具有重要意義。氦引起的鎢材料的表面損傷主要裂??紋、起泡、孔洞和納米絨毛［１９＝１］....

本文編號(hào)：4020557