钨中辐照缺陷和合金元素对氢滞留行为影响的多尺度模拟研究

摘要

低氢滞留是面向等离子体材料(PFM)的必要条件.钨因具有低氢滞留及低物理溅射率、高熔点等优点而成为最有前景的PFM.在苛刻的聚变堆服役环境下(高能中子辐照和高通量等离子体轰击),辐照产生的大量缺陷可作为氢的捕获点,致使钨中氢滞留量升高,威胁聚变堆的安全运行.近期实验表明钨辐照后氢滞留量显著升高,且与辐照剂量、温度和合金元素密切相关.然而,钨辐照后氢滞留机制及温度和合金对其影响的机理仍不清楚.为此,发展了一套以第一性原理、粒子输运模型为基础,以动力学蒙特卡罗(OKMC)方法为主体的多尺度模拟方法研究钨中辐照缺陷(空位及其团簇、间隙及其团簇等)、合金元素(Re,Ta,Ti和V)与氢在大体系中(微米)长时间(小时)协同演化行为,获得三者作用规律,揭示钨辐照后氢滞留机理.目前,已初步建立了钨中辐照缺陷、合金元素、氢相互作用数据库(缺陷的形成能、扩散激活能以及缺陷间的结合能、作用半径、解离能等).