钨中自间隙原子团簇扩散行为的分子动力学模拟

摘要

钨被视为未来聚变堆中最有可能全面使用的面对等离子体材料.而在未来聚变堆真实环境下,氘氚聚变反应产生的14 MeV高能中子辐照将在材料中产生严重的原子离位损伤和各种缺陷积累.其中自间隙原子(SIA)及其团簇是中子辐照损伤中最常见的缺陷种类.本文采用分子动力学模拟系统研究钨中1/2和SIA团簇的稳定结构和形成能,发现SIA团簇最稳定结构是1/2SIA团簇结构,SIA团簇聚集后会稳定存在.并研究了不同尺寸1/2SIA团簇的动力学扩散行为,发现单个SIA在温度高于700 K时易扩散和转向,而两个以上的SIA团簇在300～900 K时主要表现为一维方向的运动.为准确描述各种尺寸SIA团簇的动力学行为,给出了一套计算SIA团簇跃迁频率的经验参数.相关结果将为更大尺度的动力学蒙特卡罗和团簇动力学模拟提供准确和完备的输入参数,为正确掌握和评价钨中子辐照行为提供依据.