【摘要】：金屬鎢由于具有高熔點(diǎn)、高熱導(dǎo)、低濺射等特點(diǎn),因此被認(rèn)為是目前最有前景的面向等離子體材料。氦、氖和氬惰性氣體分別作為聚變產(chǎn)物和冷卻劑存在于托卡馬克裝置中。氦在鎢中具有較低的溶解度,通常氦原子在鎢基底中的聚集會導(dǎo)致氦泡和孔洞的產(chǎn)生,極大的降低了材料的宏觀性能。最近實(shí)驗(yàn)研究還發(fā)現(xiàn),在低能氦等離子體輻照下,在鎢表面觀察到了納米絲的形成。這種結(jié)果嚴(yán)重影響了托卡馬克裝置安全穩(wěn)定的運(yùn)行。氖和氬也是惰性氣體原子并且在鎢中的溶解度很低。盡管氖和氬有很多性質(zhì)與氦相同,但是在氖和氬等離子輻照下,金屬鎢表面并沒有觀察到納米結(jié)構(gòu)。氦、氖和氬三種氣體輻照對鎢表面產(chǎn)生的不同影響引起了人們的關(guān)注。因此對比三種惰性氣體在金屬鎢中的行為具有重要意義。為了研究惰性氣體原子在鎢塊體中的行為,我們擬合第一性原理的結(jié)果,得到了新的鎢原子與氦、氖、氬原子的相互作用勢函數(shù)。新勢采用嵌入原子勢的形式,此外,s-band模型被用來描述惰性氣體原子與其鄰近的鎢原子之間的多體相互作用。這些新勢很好的重復(fù)出了單個(gè)點(diǎn)缺陷原子在替位,四面體和八面體間隙位置的形成能以及擴(kuò)散勢壘。這些新勢的模擬結(jié)果顯示,這三種惰性氣體原子的四面體間隙位置都比其八面體間隙位置更穩(wěn)定�；谶@些新的經(jīng)驗(yàn)勢,我們還采用分子動力學(xué)的方法計(jì)算了塊體鎢中單個(gè)X原子(X表示氦、氖或氬)與X。和Xn-V(Xn-Vacancy)團(tuán)簇的結(jié)合能,X。團(tuán)簇的的擴(kuò)散勢壘,三種惰性氣體原子在鎢中的成核以及由過壓氣泡導(dǎo)致的位錯(cuò)換的發(fā)射。目前的研究結(jié)果表明新勢所計(jì)算的團(tuán)簇的結(jié)合能與第一性原理的結(jié)果符合的很好。團(tuán)簇的遷移能隨著惰性氣體的原子半徑和團(tuán)簇的尺寸的增大而增大。三種惰性氣體原子在鎢基底中都能成泡并發(fā)射位錯(cuò)環(huán),只是難易程度不同。
【圖文】：

逡逑圖５．２給出了五個(gè)溫度下，氮原子在鶴中的成核和王種缺陷團(tuán)簇的大小和數(shù)目逡逑的分布情況。從圖５．２可Ｗ看出在４００Ｋ下，體系中所形成的氨團(tuán)簇的尺寸都很小，逡逑ＷＨｅ２團(tuán)簇的數(shù)目最多。當(dāng)溫度升高到８００Ｋ時(shí)，體系中團(tuán)簇的尺寸和數(shù)目的分布逡逑有了明顯的變化，小的團(tuán)簇的數(shù)目急劇下降，大團(tuán)簇的數(shù)目有所上升。這主要是逡逑因?yàn)樾〉膱F(tuán)簇在鶴基底中的擴(kuò)散勢壘很低，在擴(kuò)散過程很容易遇到其他氨原子和逡逑氨團(tuán)簇并結(jié)合在一起，形成更大的團(tuán)簇。在這兩個(gè)溫度下，盡管出現(xiàn)了較大的Ｈｅ逡逑團(tuán)簇，，但是并沒有激發(fā)自間隙，因此沒有觀察到自間隙和空位團(tuán)簇的形成。隨著逡逑溫度再進(jìn)一步的升高，在１２００－２０００Ｋ下，我們觀察到了自間隙和空位團(tuán)簇的形成，逡逑盡管這些團(tuán)簇的尺寸非常小。圖５．３給出了邋ＨＣ４團(tuán)簇激發(fā)自間隙并產(chǎn)生空位的瞬時(shí)逡逑原子構(gòu)型圖。我們發(fā)現(xiàn)被激發(fā)的自間隙原子一般是Ｗ擠列子的形式吸附在氨團(tuán)簇逡逑的周圍。在１６００ＫＷ下時(shí)

圖５．５不同溫度下缺陷團(tuán)簇的大小和數(shù)目分布情況逡逑巧叫逡逑－
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TL631.24

【參考文獻(xiàn)】

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1 Miyuki YAJIMA;Masato YAMAGIWA;Shin KAJITA;Noriyasu OHNO;Masayuki TOKITANI;Arimichi TAKAYAMA;Seiki SAITO;Atsushi M.ITO;Hiroaki NAKAMURA;Naoaki YOSHIDA;;Comparison of Damages on Tungsten Surface Exposed to Noble Gas Plasmas[J];Plasma Science and Technology;2013年03期

本文編號：2700734