【摘 要】
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在托卡马克聚变装置中,钨会受到低能高束流的氦等离子体冲刷,导致钨材料表面形成绒毛状纳米结构或针孔状表面损伤。目前普遍认为,氦致表面损伤的形成与钨表面下氦泡的演化行为密切相关。氦泡的生长与融合是钨中氦泡演化行为的重要环节。因此,研究钨中氦泡的生长和融合机理对于钨在聚变服役条件下的长时间性能预测具有重要意义。本文采用分子动力学（MD）模拟方法,研究了高压氦泡在钨中生长的动力学机理以及氦泡在钨中的融合条
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在托卡马克聚变装置中,钨会受到低能高束流的氦等离子体冲刷,导致钨材料表面形成绒毛状纳米结构或针孔状表面损伤。目前普遍认为,氦致表面损伤的形成与钨表面下氦泡的演化行为密切相关。氦泡的生长与融合是钨中氦泡演化行为的重要环节。因此,研究钨中氦泡的生长和融合机理对于钨在聚变服役条件下的长时间性能预测具有重要意义。本文采用分子动力学（MD）模拟方法,研究了高压氦泡在钨中生长的动力学机理以及氦泡在钨中的融合条件,主要工作如下:（1）研究了游离氦原子在应力场中的扩散规律,具体包括氦在单轴应变中的扩散以及氦在应变梯度中的扩散。研究发现,单轴应变导致氦原子的扩散表现出明显的方向依赖性,其中应变的性质（压缩或拉伸）、应变的大小以及温度是主要影响因素。应变梯度会导致氦原子在扩散时沿着应变梯度的方向发生定向漂移,氦原子定向漂移的强度可以用爱因斯坦关系来定量描述。据此,本文提出了高压氦泡在钨中生长的动力学机理:高压氦泡附近的应力场中存在明显的单轴应变和应变梯度,这会显著影响附近游离氦原子的扩散行为。本文研究结果也验证了高压氦泡附近的应力场能够显著增强游离氦原子向氦泡扩散的概率。（2）系统研究了氦泡在钨中的排列方向、温度、氦泡的氦空位比（He/V）值、氦泡的初始间距这四个因素对氦泡融合的影响。总的来说,氦泡沿钨的＜100＞方向排列比沿＜111＞方向排列更易发生融合;高温、高氦空位比以及较小的初始间距均可促进氦泡融合。
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