【摘要】：由于聚變能相比于化石能源的諸多優(yōu)勢,人們正大力發(fā)展核聚變能源,若可以成功地將其大規(guī)模利用,則可能從根本上解決能源問題。與此同時,對聚變反應堆第一壁關鍵材料的研究也成為研究熱點。核聚變反應堆產生的高能中子會對第一壁材料進行輻照,輻照誘發(fā)點缺陷經過長時間的積累和演化,使材料微觀結構發(fā)生改變,最終導致宏觀性能的惡化,使材料失效。鎢(W)作為核聚變反應堆最有前景的面向等離子體材料而備受關注,因此,W輻照損傷過程的深入研究對于更清楚的認識和理解W在中子輻照下的行為以及對核反應堆材料的設計和改進都具有重要意義。本文運用針對輻照損傷特點改進的分子動力學方法,探究bcc-W在中子輻照初期,輻照誘發(fā)缺陷形成和演化的微觀過程的原子機制。研究體系有兩類：單晶W體系(SC-W)和含有晶界的W體系(GB-W)。對于SC-W,本文研究位移級聯產生的缺陷數量及分布,PKA入射方向和輻照溫度對穩(wěn)定Frenkel缺陷的影響,缺陷團簇分數、團簇數量和大小以及W的離位閾能受輻照溫度和PKA入射方向的影響；對于GB-W,定量分析晶界分別對輻照誘發(fā)間隙原子和空位的不同作用效果,以及通過對∑13[001](230)晶界和∑17[001](140)晶界的對比探究晶界角度的不同對缺陷吸收能力的影響。SC-W的結果表明若級聯誘發(fā)的缺陷在峰值階段呈近球形密集分布,則穩(wěn)定階段Frenkel缺陷相對較少,若缺陷呈非球形相對分散分布,則穩(wěn)定階段Frenkel缺陷相對較多；穩(wěn)定Frenkel缺陷受PKA方向的影響不大,且隨輻照溫度升高有下降趨勢；比較而言,間隙原子團簇分數比空位團簇分數高,而空位團簇傾向于形成較大的團簇；W的平均離位閾能受溫度影響較小,并具有一定的各向異性。GB-W研究得出W中晶界在級聯碰撞的皮秒尺度內對于輻照誘發(fā)間隙原子和空位呈現雙重作用：一方面晶界吸收間隙原子,另一方面晶界導致體系中殘留更多空位。整體看來,晶界使整個體系中的缺陷總數高于相同條件下的單晶體系。研究結果還顯示∑17[001](140)晶界比∑13[001](230)晶界顯示出對間隙原子更好的吸收作用,這可能歸功于晶界中原子更混亂的排列程度、更大的晶界比率和更高的晶界能量。本文為理解和分析核聚變堆中服役的W材料的行為提供基礎數據,同時為W合金的輻照損傷研究提供基礎。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TL627
【圖文】：

核聚變反應的研究始于７０多年前，初始１０年是幾個核大國的秘密研究，之后變?yōu)殄义蠂H合作模式。目前，對可控核聚變反應堆的研究主要集中在托卡馬克（Ｔｏｋａｍａｋ）裝置逡逑上，見圖１．２。對Ｔｏｋａｍａｋ裝置的研究歷經了幾個階段，從１９６５年蘇聯科學家的首次報逡逑告，８０年代大批量的建立（歐盟的ＪＥＴ、曰本的ＪＴ－６０Ｕ、美國的ＴＦＴＲ和前蘇聯的Ｔ－ＩＳ），逡逑到９０年代取得突破性進展（美國、日本、歐盟均成功實現氖l#反應，放出聚變能），逡逑驗證了磁約束熱核反應堆Ｔｏｋａｍａｋ的科學可行性。２００６年，中國耗時８年、耗資１億逡逑元人民幣自主設計、自主建造而成的新一代熱核聚變裝置（ＥＡＳＴ）首次成功完成放電實驗，逡逑＿２－逡逑

度上改變目前世界能源格局，使人類今后擁有取之不盡，用之不竭的能源。逡逑１．２核聚變堆材料逡逑在磁約束熱核反應裝置Ｔｏｋａｍａｋ中（圖１．２），通過將裝置中央環(huán)形真空室中的等離逡逑子體加熱到很高溫度，從而實現核聚變反應。由圖１．１可知，在發(fā)生核聚變反應時，Ｈ逡逑的同位素氖和l#碰撞后產生聚合作用，釋放出大量的核聚變能，與此同時，也會相伴產逡逑生許多Ｈｅ和高通量的福照中子（ＩＴＥＲ中，中子通量可達３Ｘ１０ｉ２ｍ２／ｓ），這些福照粒子逡逑將會對Ｔｏｋａｍａｋ裝置中不同部位的材料進行輻照，除了高通量的福照粒子對聚變堆材料逡逑的福照損傷之外，材料還要承受很高通量的熱負載（正常工況下２邋ＭＷ／ｍ２，特殊情況的逡逑頂峰值１０？２０邋ＭＷ／ｍ２）和電磁福射等，但在這些情況之中，中子對核材料的福照損傷逡逑－３－逡逑

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 王志光,金運范,侯明東;純金屬中電子能損效應的實驗研究[J];原子核物理評論;2000年02期

本文編號：2712878