【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(shí),對聚變反應(yīng)堆第一壁關(guān)鍵材料的研究也成為研究熱點(diǎn)。核聚變反應(yīng)堆產(chǎn)生的高能中子會對第一壁材料進(jìn)行輻照,輻照誘發(fā)點(diǎn)缺陷經(jīng)過長時(shí)間的積累和演化,使材料微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,最終導(dǎo)致宏觀性能的惡化,使材料失效。鎢(W)作為核聚變反應(yīng)堆最有前景的面向等離子體材料而備受關(guān)注,因此,W輻照損傷過程的深入研究對于更清楚的認(rèn)識和理解W在中子輻照下的行為以及對核反應(yīng)堆材料的設(shè)計(jì)和改進(jìn)都具有重要意義。本文運(yùn)用針對輻照損傷特點(diǎn)改進(jìn)的分子動力學(xué)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(jī)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(lián)產(chǎn)生的缺陷數(shù)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(tuán)簇分?jǐn)?shù)、團(tuán)簇?cái)?shù)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(jié)果表明若級聯(lián)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(tuán)簇分?jǐn)?shù)比空位團(tuán)簇分?jǐn)?shù)高,而空位團(tuán)簇傾向于形成較大的團(tuán)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(lián)碰撞的皮秒尺度內(nèi)對于輻照誘發(fā)間隙原子和空位呈現(xiàn)雙重作用：一方面晶界吸收間隙原子,另一方面晶界導(dǎo)致體系中殘留更多空位。整體看來,晶界使整個(gè)體系中的缺陷總數(shù)高于相同條件下的單晶體系。研究結(jié)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(chǔ)數(shù)據(jù),同時(shí)為W合金的輻照損傷研究提供基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TL627
【圖文】：

核聚變反應(yīng)的研究始于７０多年前，初始１０年是幾個(gè)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(yīng)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(jīng)了幾個(gè)階段，從１９６５年蘇聯(lián)科學(xué)家的首次報(bào)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(lián)的Ｔ－ＩＳ），逡逑到９０年代取得突破性進(jìn)展（美國、日本、歐盟均成功實(shí)現(xiàn)氖l#反應(yīng)，放出聚變能），逡逑驗(yàn)證了磁約束熱核反應(yīng)堆Ｔｏｋａｍａｋ的科學(xué)可行性。２００６年，中國耗時(shí)８年、耗資１億逡逑元人民幣自主設(shè)計(jì)、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(shí)驗(yàn)，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(yīng)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(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)。由圖１．１可知，在發(fā)生核聚變反應(yīng)時(shí)，Ｈ逡逑的同位素氖和l#碰撞后產(chǎn)生聚合作用，釋放出大量的核聚變能，與此同時(shí)，也會相伴產(chǎn)逡逑生許多Ｈｅ和高通量的福照中子（ＩＴＥＲ中，中子通量可達(dá)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(jìn)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(fù)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(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 王志光,金運(yùn)范,侯明東;純金屬中電子能損效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究[J];原子核物理評論;2000年02期

本文編號：2712878