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聚变能源应用的最终实现除了要解决可控热核聚变这一物理问题之外,在很大程度上决定于可控热核聚变装置托卡马克以及未来反应堆中关键材料问题的解决?核能界公认聚变堆材料是开发核聚变能的最关键技术之一?核聚变反应装置面对等离子体材料(Plasma-Facing Material,PFM)的选择尤为关键[3]?PFM为托卡马克装置中直接面对等离子体的材料,它不断受到来自等离子体的各种粒子如氘、氚、α粒子(氦)和中子等的轰击、瞬态高能量沉积或热冲击以及电磁辐射和电磁力的作用?这些作用将造成材料的辐照效应和损伤,导致材料中缺陷的产生、迁移和聚集,引起材料的肿胀和变形?因此PFM与氚/氦等粒子的相互作用是制约可控核聚变能,最终实现商业应用的关键工程技术问题之一?钨(W)以其良好的热和力学性能、低贱射率、低腐蚀率以及低氢(H)同位素滞留量,被认为是核聚变托卡马克装置中面对等离子体的材料中最有前途的候选材料?近期,中科院等离子体物理研究所建成的我国新一代全超导非圆截面托卡马克实验装置EAST确定实现从全碳到碳/钨进一步到全钨PFM覆盖计划?而全钼PFM覆盖在美国Alcator C-Mod装置上已经得到应用[4],全钨偏滤器PFM覆盖在德国ASDEX Upgrade装置上已经通过测试?我们利用第一原理对总能量和振动谱计算,以研究在300-2100 K(27-1827℃)温度范围时合金元素Cr/V对H及其同位素在钨中形成和扩散的影响?温度和H化学势是影响H在钨中形成能和迁移能垒的两个重要因素?温度效应由晶格膨胀和声子振动能量两方面考虑?H形成能参照T=0 K(-273℃)时的静态H化学势,它随温度升高而降低,而若形成能按照温度依赖的H化学势即T≠0 K(-273℃)计算时它随温度升高而增加?在每个给定温度下,W中的Cr的存在降低了H形成能量,而W中的V的添加对H形成能量几乎没有影响?扩散能垒表现出强烈依赖于温度并且随温度升高而增加?Cr和V的添加对H在钨中的扩散能垒具有很大的影响,并且导致在任何给定温度下的能量势垒可以分别降低?0.05和0.10e V?目前的研究表明,声子振动能量H的形成能和迁移能垒中发挥决定性作用?