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核聚变能是人类最理想的能源之一,只要实现了核聚变能的可控释放,人类便可以一劳永逸地解决能源问题。因此,核聚变堆材料的选择尤为重要。核聚变堆中的面向等离子体材料处于高能中子强烈的辐照之下,辐照损伤是其失效最主要的原因。经过长时间的积累和演化,辐照诱发点缺陷会导致材料的宏观性能的变化和材料的力学性能的退化,最终使材料失效。由于钨优良的性能,钨被认为是未来核聚变堆中面向等离子体材料和偏滤器材料最有前途的候选材料;钨中的晶界会与辐照诱发点缺陷发生作用。因此,细致研究钨中晶界与辐照诱发缺陷相互作用演化机制,对于清晰认识晶界的作用,调控晶粒尺寸和取向来提高钨材料抗辐照损伤性能和行为有重要作用。 本文用到了两种原子尺度的模拟方法:分子动力学方法和自演化原子动力学蒙特卡罗方法。针对辐照损伤的特点,对分子动力学方法进行调整,用调整后的分子动力学方法研究钨中晶界与辐照诱发点缺陷的相互作用,并探讨晶界参数对材料抗辐照性能的影响;利用自演化原子动力学蒙特卡罗方法研究钨中辐照诱发点缺陷的与扩散相关的问题。 本文以体心立方结构钨中的6组对称倾斜晶界为对象,初级碰撞原子的能量为3和5keV,模拟温度为300K。在研究钨中晶界与辐照诱发点缺陷的相互作用时,我们设计了计算模拟方案。借助可视化和定量计算点缺陷数目分布的方法,给出晶界与辐照诱发点缺陷相互作用的原子演化图像。研究结果表明:与空位相比,晶界对间隙原子具有偏置吸收作用。表现出随初级碰撞原子(Primary Knock-on Atom, PKA)距晶界中心距离的增加,存留的空位数有增加趋势;而间隙原子数量变化不大,且小于单晶的间隙原子数量;晶粒内部存留的空位数始终多于间隙原子数。在整个级联碰撞过程-弹道相阶段、复合阶段和稳定阶段,点缺陷数量先增加后减少最后趋于稳定,点缺陷数的减少发生在复合阶段,有两种主要机制在共同起作用:空位与间隙原子复合及间隙原子向晶界扩散。晶界区域与级联峰值缺陷区重叠的比率越大,最终晶粒内部存留的点缺陷数相对较少;而当两者几乎不重叠时,随着距晶界距离的增加,存留的空位数总体上呈现先增加后减少的趋势,且随着 PKA能量的增大,空位密集区有前移(向晶界靠近)的趋势;而间隙原子分布比较均匀,受PKA能量的影响远小于空位的情景。通过模拟点缺陷的扩散,我们得到钨中单空位的扩散常数为4.37?10-7m2/s,迁移能为1.45eV;自间隙原子的扩散常数为1.07?10-7m2/s,迁移能为0.015eV。可见,自间隙原子的迁移能非常小,且比单空位的迁移能小得多,可以用来进一步理解晶界与辐照诱发点缺陷相互作用结果。在研究晶界参数对材料抗辐照性能的影响时,发现在所研究的6组对称倾斜晶界结构范围内,随旋转角度Φ增大,材料的抗辐照性能有增强的趋势,而重合位置点阵参数?、晶界能E与材料的抗辐照性能之间无明显的规律。 本文观察对称倾斜晶界与辐照诱发点缺陷相互作用的演化细节,有助于更清晰认识晶界与诱发缺陷相互作用原子机制。所设计的计算模拟方案,完全可用于其他类型晶界与辐照诱发点缺陷相互作用的研究中。