【摘 要】
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能源危机日趋严峻,可控核聚变是解决能源危机的最终手段。核聚变反应堆中的第一壁面向等离子体材料处于高能中子的辐照之下,辐照引起的缺陷会导致材料的硬化、膨胀和脆化,引起材料力学性能的退化,甚至会导致材料的失效。因此对第一壁面向等离子体材料的选择尤为重要,体心立方材料钨（W）因其高熔点和良好的辐照耐受性被认为是核聚变反应堆中最有前景的第一壁面向等离子体材料。刃位错是晶体材料中的一种重要缺陷,在中子辐照的
【基金项目】
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国家重点研发计划项目（2018YFE0308101）； 国家自然科学基金面上项目（11875015）；
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能源危机日趋严峻,可控核聚变是解决能源危机的最终手段。核聚变反应堆中的第一壁面向等离子体材料处于高能中子的辐照之下,辐照引起的缺陷会导致材料的硬化、膨胀和脆化,引起材料力学性能的退化,甚至会导致材料的失效。因此对第一壁面向等离子体材料的选择尤为重要,体心立方材料钨（W）因其高熔点和良好的辐照耐受性被认为是核聚变反应堆中最有前景的第一壁面向等离子体材料。刃位错是晶体材料中的一种重要缺陷,在中子辐照的情况下,刃位错可以作为点缺陷的有效吸收源对辐照过后材料中的缺陷产生影响。因此深入研究辐照过程中刃位错和刃位错列（楔形向错）对W中缺陷的产生和微观结构演化的影响具有非常重要的意义。本文使用分子动力学方法,首先研究了363 K的温度下体心立方材料W在离子辐照条件下的级联碰撞过程,其中涉及到6个不同PKA方向（[110]、[135]、[235]、[111]、[122]和[133]）和4个不同PKA能量（1 ke V、5 ke V、10 ke V和20 ke V）。模拟结果表明,级联产生热峰所包含的Frenkel缺陷对的数量随着PKA能量的增大而增多,稳定的Frenkel缺陷对受PKA入射方向的影响不明显,稳定的Frenkel缺陷对的数量随着PKA能量的增大而增多,并且都是先升高后减少的趋势。其次研究了363 K的温度下体心立方材料W中含1/2＜111＞刃位错的级联碰撞过程。创新性的通过使用6个不同方向（[110]、[135]、[235]、[111]、[122]和[133]）和4个不同能量（1 ke V、5 ke V、10 ke V和20 ke V）的PKA去撞击刃位错,深入分析PKA方向和能量对结果的影响。结果表明,PKA入射方向对缺陷的产生影响不明显,缺陷数量随着PKA能量的增大而增多,并且发现刃位错具有明显的优先吸收间隙原子的特性,而使材料内部残余较多的空位。级联碰撞过后材料内部可分为三种构型:间隙原子较多、空位较多和间隙原子与空位相等的情况,表明刃位错可以作为缺陷吸收源吸收大量的缺陷。最后研究了300 K的温度下体心立方材料W中楔形向错和自间隙原子之间的相互作用。模拟结果表明,向错可以吸收较远距离的间隙原子,导致其核心处的刃位错的负攀移,并降低向错的应变能。并且发现与相同旋转角度的小角度晶界相比,向错可以作为一个更加有效的缺陷吸收源去消除辐照过程中产生的自间隙原子。
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