【摘 要】
:
金属钨(W)和钨基合金材料是东方超环(EAST)、国际热核聚变实验反应堆(ITER)、中国聚变工程实验堆(CFETR)和未来聚变反应示范堆(DEMO)等磁约束聚变装置中最有可能全面使用的第一壁面对等离子体材料(PFMs)。在聚变反应装置服役过程中,PFMs将受到高温H/He等离子体和14 Me V高能中子的辐照,产生大量的辐照缺陷。除了H/He杂质,作为冷却剂引入聚变装置的Ne/Ar气体,也会以杂
【基金项目】
:
国家磁约束核聚变能发展研究专项项目“聚变堆金属材料中子辐照计算模拟”(2018YFE0308100); 国家自然科学基金(Nos.12075141,11375242,51771073以及11675230);
论文部分内容阅读
金属钨(W)和钨基合金材料是东方超环(EAST)、国际热核聚变实验反应堆(ITER)、中国聚变工程实验堆(CFETR)和未来聚变反应示范堆(DEMO)等磁约束聚变装置中最有可能全面使用的第一壁面对等离子体材料(PFMs)。在聚变反应装置服役过程中,PFMs将受到高温H/He等离子体和14 Me V高能中子的辐照,产生大量的辐照缺陷。除了H/He杂质,作为冷却剂引入聚变装置的Ne/Ar气体,也会以杂质的形式进入PFMs中并与基底材料发生相互作用。此外,PFMs还要承受极端的热负荷和热冲击,其内部会产生温度梯度场和应力梯度场等复杂物理条件。PFMs中辐照缺陷的产生和演化,以及He/Ne等杂质的聚集和生长行为,将导致材料的力学性能和导热性能下降。因此,研究中子辐照、温度梯度场和应力梯度场等聚变环境下杂质原子和辐照缺陷的行为特性,将钨基面向等离子体材料的选择与优化设计提供理论基础,具有重要的学术意义和应用价值。本文自主构建了W-He/Ne原子间相互作用势函数,在此基础上应用分子动力学方法模拟了He/Ne杂质在钨块体中的迁移与聚集行为。模拟结果表明,入射至钨中He/Ne离子由于迁移、结合和自陷等性质,可在钨块体中产生大的团簇甚至气泡。进一步模拟He/Ne气泡在钨近表面的生长过程,发现He/Ne气泡均可诱导位错环发射。对比He/Ne气泡生长的物理特性,发现较低的位错环发射压强是He泡在钨近表面形成“Fuzz”结构关键因素。根据核聚变反应装置中的复杂物理条件,本文建立了温度梯度场和应力梯度场的模型,利用分子动力学方法研究了典型辐照缺陷在温度梯度场和应力梯度场中的扩散行为。模拟结果表明,在温度梯度作用下金属W中间隙型缺陷的迁移行为有着向高温区定向运动的显著特征,同时温度梯度场极大地提高了间隙型位错环的迁移速率。由聚变装置中W偏滤器部件上的温度分布状态,可推测W中的间隙型缺陷将向W块体表面快速扩散,这将对W材料表面造成严重的破坏。在应力梯度场中的模拟结果表明,应力的变化导致了W中的缺陷形成能和迁移能的改变,导致应力梯度场中产生能量梯度。该能量梯度使得W中的间隙型缺陷有向应力集中区域迁移的趋势,同时使位错环的迁移显著加速。因此,温度梯度和应力梯度将导致W材料的高温区和应力集中区域产生缺陷聚集,从而使材料的功能失效。综上所述,金属W中He/Ne杂质原子以及辐照缺陷的迁移将受缺陷种类、表面作用、温度、应力梯度场等多种因素影响。He/Ne的迁移、聚集、间隙原子以及位错环激发等行为,是钨近表面形貌改变的重要原因;温度梯度场和应力梯度场对辐照缺陷迁移有加速作用,且能使间隙型缺陷产生定向迁移。材料中缺陷的累积和演变可导致材料力学性能和物理性能改变,本文的模拟结果反映了聚变反应堆材料中缺陷迁移的影响因素,研究结果可为抑制缺陷在材料中的扩散与聚集方法提供参考,这对聚变堆材料的开发具有重要意义。
其他文献
有毒动物来源的生物活性肽在神经生物学研究和药物开发等许多领域具有重要的应前景,引起了相关科学工作者的广泛关注。间斑寇蛛(Latrodectus tredecimguttatus)是目前世界上已知毒性最强的蜘蛛之一。它的一个重要特点是它的毒素不仅存在于成蛛的毒腺之中,而且在成蛛的其它机体组织、幼蛛和卵粒中也有毒性成分存在。间斑寇蛛卵粒毒素-Ⅵ(LETX-Ⅵ)是利用转录组分析策略从间斑寇蛛卵粒中发现的
达尔文1871年提出性选择理论,以解释那些不适用于自然选择理论的雌雄性状,并且认为雌雄双方在性选择中是相互合作的、和谐的。然而,雌雄两性在繁殖过程中,由于采用不同的性策略和后代投入策略,往往导致繁殖利益的不对等,因而产生性冲突。性晕厥现象是性冲突理论的典型案例,雄蛛为自身的繁殖利益而让雌蛛付出代价。性晕厥行为是漏斗蛛(蜘蛛目︰漏斗蛛科)类群中特有的一种极端性行为,表现为雌蛛在雄蛛求偶成功时刻开始直
全(多)氟化合物(poly-and perfluoroalkyl substances,PFASs)是一类备受关注的人工合成有机物,氟化烷基链赋予了PFASs独特的性能,包括优越的表面张力、热稳定性和疏水疏油性。自20世纪50年代以来,PFASs批量生产并广泛用于服装、杀虫剂、地毯、油漆、洗发水、药品、个人护理品和消防泡沫等。近年来,PFASs已在空气、饮用水、废水、沉积物、食品及人体组织中被广泛
近年来,随着轻质高强材料的广泛使用、结构设计方法的不断进步以及我国城市建设和旅游开发需求日益旺盛,大跨人行桥建设得到了飞速发展。2000年,伦敦千禧桥刚开通就因人致晃动而不得不关闭,使桥梁人致横向振动问题受到了桥梁界广泛重视。2010年,柬埔寨钻石桥发生人致振动踩踏事件,导致353人死亡的事故,向全世界表明解决人行桥人致振动问题迫在眉睫。安装调谐质量减振器(tuned mass dampers,T
非物质文化遗产是人类历史发展中优秀传统精神文化现象和智慧成果的积淀与表现,非物质文化遗产名录制度是其外在表征和集中体现。名录制度既需要从社会、文化、民俗、经济等层面加以重视和研究,也需要从依法治国、建设社会主义法治国家、推进社会主义法治文明的角度进行深度剖析。《中华人民共和国非物质文化遗产法》颁行迄今已逾十年,回顾与总结非物质文化遗产保护的发展历程,以习近平总书记构筑和促进人类命运共同体发展进步的
车轴是高速列车走行部的关键机械构件之一,在高速列车启动、制动及行驶过程中经常承受扭转交变载荷、弯曲交变载荷及轴向拉压交变载荷作用,复杂的载荷环境和服役条件下使得车轴极易产生局部塑性积累,甚至在设计疲劳寿命内产生弯曲、磨耗、裂纹等故障,给列车运行安全带来严峻挑战。因此,车轴钢EA4T循环变形机理研究已成为亟待解决的重要科学问题。本论文在室温条件下对高速列车车轴钢EA4T的循环变形行为开展了实验研究,
钢筋混凝土耐久性是评判结构可靠性的重要内涵之一,而钢筋锈蚀是引发结构耐久性下降的重要原因。钢筋锈蚀可导致混凝土结构加速老化甚至提前退役,不仅会增大后期维护费用,而且会增加资源与能源消耗,引发社会和环境问题。然而,目前混凝土结构耐久性评估及合理修复问题的研究往往滞后于工程实际需要。因此,亟需提出锈蚀后钢筋混凝土结构的力学性能评估方法,并基于此对锈蚀结构加固方法进行研究。随着高强钢筋在我国的全面推广应
随着大数据获取与检测技术的快速发展,生物医学研究正全面进入“组学时代”,以实现从医学数据积累到医学知识挖掘的转变。其具体体现于以精准化研究模式,为医学领域提供更有价值的信息。这客观上需要应用、改进、研发数据挖掘分析方法,使得基于医学大数据提取及识别具有指导价值的关键知识信息。可见,数据挖掘分析为医学组学研究提供了方法学基础,是大数据背景下精准医疗的关键技术,因而成为领域内的关注焦点。目前传统医学研
随着现代工业的飞速发展,工程出现的各种不确定性问题引起了广泛的重视,通常可将不确定性分为随机不确定性和认知不确定性,并分别针对这两种类型发展了许多分析方法。然而随着系统结构复杂性的不断提升,出现了更具一般性的随机-认知混合不确定性问题,其中较为常见的一类问题是在系统结构中同时存在以概率分布表征的随机不确定性和以区间模型表征的认知不确定性,即概率-区间混合不确定性问题。近年来,概率-区间混合不确定性
钢筋混凝土板柱结构作为一种传统的建筑结构类型,由于支模简单、布筋方便以及空间利用率较高,降低了施工周期和工程成本,因此广泛应用于办公楼、商场和地下车库等建筑中。然而,在板柱连接处易发生冲切破坏,由此产生的荷载重分布可能导致建筑物发生灾难性的连续倒塌。目前,在竖向荷载和水平低周往复荷载共同作用下板柱节点的受力性能、破坏机理、承载力和变形能力评估方法等问题已成为各国学者关注的重点。因此,本文结合试验、