极端材料的分子动力学模拟

• 作 者: 冯先富
• 机 构: 西南交通大学
• 出 处: 西南交通大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 第一壁材料 分子动力学 极端材料 托卡马克装置

采用分子动力学模拟方法，模拟了托卡马克装置中，处于极端的等离子体环境条件下的第一壁材料的行为，揭示了在等离子体杂质的作用下，入射粒子的角度对钨表面的刻蚀行为的影响，以及钨表面气泡的形成，生长，破裂，对钨表面微观构型的改变。　　本文模拟了等离子体杂质CH2基团，在150 eV的能量下，以不同角度入射到钨表面的微观过程。结果表明，CH2基团的不同的入射角度与辐照后的物表面的形貌变化存在非常紧密的关系。当入射角度超过一定阈值时，入射粒子的动能远大于其与钨的成键结合能，CH2复合粒子大部分被反射了出去。当角度小于这一阈值时，W-C键的结合非常有效，以至于形成约0.5nm厚的W-C薄层，并且在这层W-C薄膜之上沉积了一层较厚的碳氢薄膜。然而几乎在任何入射角度下，碳原子相对于氢原子而言，更易于与样品中的钨结合成键，保持在样品当中。　　本文还模拟了在聚变反应产物氦原子以相当于60 eV的入射能量作用下，钨表面起泡的微观过程。结果表明，在温度为1200 K的晶体钨表面下方，氦泡的形成，生长，及破裂，会改变钨表面的构型，导致样品表面变得粗糙，疏松，尺寸变厚。氦泡沿着Z轴方向向上生长;氦泡周围的移位原子会沿着晶体的<111>方向滑移，并在该方向的表面形成吸附原子，使得表面粗化;氦泡正上方的钨原子层，会随着氦泡的长大而变薄，最终在过大的氦泡压力作用下破裂。