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近年来,核能产业发展迅速。硼硅酸盐玻璃(NBS玻璃)由于在核工业中具有重要的应用,因此受到了广泛关注与研究。一方面,NBS玻璃是一种重要的地质处置中用于高放废物固化的材料,是屏蔽放射性废物的第一道屏障,在长期的地质处置过程中不可避免地会受到放射性废物衰变产生的射线照射;另一方面,NBS玻璃也是惯性约束聚变(ICF)靶丸——空心玻璃微球(HGM)的主要成分,在聚变实验中既要向微球内充入氘氚等燃料气体,也要充入Ar气等惰性气体作为诊断气体用以诊断等离子体的密度温度等特性,粒子束辐照改性法是目前实验上应用较多的充气方法。基于NBS玻璃在地质处置中和ICF实验上的重要应用,本工作利用分子动力学(MD)模拟手段对NBS玻璃的组分效应和辐照效应开展了两方面的研究,希望从微观层面剖析NBS玻璃的性能机理,在一定程度上弥补实验手段的不足,并力求对实验工作有一定指导作用。1.NBS玻璃的组分效应研究在这一部分的工作中,采用MD模拟和实验手段分别对SNBS1-8系列未辐照的玻璃样品进行了机械性能分析测试,模拟结果和实验结果都显示玻璃的硬度和模量都随着钠硼比(R值)的上升而增加,实验和模拟结果符合一致。通过对玻璃微观结构的统计分析发现,玻璃体系中的[BO3]向[BO4]随R值增大线性转换,同时Si-O-Si结构增加而非桥氧基本保持不变,这反映玻璃体系的聚合度上升,因此我们认为玻璃的机械性能上升应该主要是由玻璃体系的聚合度上升导致的。对于组分效应的研究可以说明MD模拟在研究NBS玻璃的机械性能变化方面具有可行性,并且玻璃的机械性能受玻璃体系聚合度的影响较大。2.NBS玻璃的辐照效应研究这一部分研究的玻璃样品组分基于实验上所用的玻璃微球组分设计。将能量为1 keV的Au粒子采用外辐照的方式注入到玻璃体系内,随着辐照剂量的增加玻璃体系内产生的缺陷空穴越来越多,最终可以在里面产生明显的扩散通道,说明粒子束辐照可以提升玻璃微球的充气性能。将辐照后的玻璃体系在高温高压的条件下弛豫一段时间,发现辐照产生的缺陷损伤在一定程度上可以得到修复,扩散通道逐渐关闭,并且温度越高修复效应越显著。这对实验上靶丸充气具有指导作用:Ar原子可以通过辐照产生的微通道扩散进入到微球腔体内部,并且经过一段时间的热弛豫微通道关闭,最终实现了充气保气的目的;在不破坏靶丸结构的条件下,升高温度有利于辐照后微球的修复。