低载能氢及其同位素与钨表面相互作用的分子动力学模拟

摘要

核聚变能的发展为人类的可持续发展提供了可能。但是在核聚变装置中，等离子体并不是处在完全真空的环境内，等离子体与等离子体器壁材料之间必然要产生强烈的相互作用。等离子体与器壁材料之间发生的相互作用不但会损坏器壁从而缩短器壁材料的使用寿命，增加氚滞留率，而且还会生成大量的杂质物质，这些杂质进入等离子体区会造成等离子体冷却，严重时会造成放电熄灭。因此，在聚变装置的研究中，开展等离子体与器壁材料之间相互作用的研究是极其必要的。
　　本论文采用分子动力学方法，对低载能氢及其同位素粒子与钨靶表面的相互作用机制进行了模拟研究。研究内容主要包括:氢及其同位素粒子轰击平滑钨表面的滞留深度分布和能量沉积分布;不同载能粒子轰击平滑钨靶表面的相互作用情况;不同温度的平滑钨靶表面对入射粒子滞留分布和能量沉积分布的影响;钨靶表面粗糙度对入射粒子滞留概率和滞留深度分布的影响;以及钨靶中已存在的氢及其同位素粒子对入射粒子的影响情况。
　　模拟结果显示，氢及其同位素粒子主要在钨靶表面发生反射、滞留反应，并且相对质量越大的入射粒子滞留概率越大，能量沉积的速率越快，平均滞留深度越浅。而载能越大的入射粒子，粒子滞留概率越大，平均滞留深度越深，能量沉积的越慢。钨靶温度的改变会影响入射粒子的反射概率，但是对入射粒子滞留深度分布和能量沉积分布的影响却很小。低载能氘粒子轰击粗糙钨靶表面的模拟结果表明，表面的粗糙程度越大，入射粒子的滞留概率越大，粒子滞留范围越深。如果钨靶中已存在氘粒子，则这些氘粒子会抑制入射氘粒子的注入，入射粒子只能在此模型表面更浅的位置滞留。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 核聚变能源发展的必要性

1．2 等离子体与其器壁的相互作用

1．3 等离子体器壁材料的选择

1．4 研究内容简介

2 分子动力学模拟方法

2．1 分子动力学方法介绍

2．1．1 模型原理

2．1．2 粒子间势函数的选取

2．1．3 数值解法介绍

2．1．4 边界条件的设置

2．2 LAMMPS代码介绍

2．3 本章小结

3 低能氢及其同位素轰击平滑钨靶表面的相互作用研究

3．1 模型介绍

3．2 结果讨论与分析

3．2．1 入射粒子质量对滞留分布和能量沉积的影响

3．2．2 入射粒子能量对滞留分布和能量沉积的影响

3．2．3 钨靶温度对入射粒子滞留和能量沉积分布的影响

3．3 本章小结

4 低能D粒子轰击粗糙钨靶表面的分子动力学模拟

4．1 表面粗糙程度对入射粒子行为的影响

4．2 钨靶中已存在的D粒子对入射D粒子行为的影响

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢