На фона на непрекъснатото нарастване на глобалното търсене на енергия и все по -тежките екологични предизвикателства, ядрената сливане енергия се счита за ярка нова звезда в бъдещото енергийно поле за неговата чистота, ефективност и устойчивост. Високотемпературната среда по време на работата на реакторите на синтез поставя изключително високи изисквания към материалите, а материалите на базата на волфрам се превърнаха в идеален избор за компоненти, насочени към плазмата (PFC), особено първата стена и дивера, поради отличната си точка на топене, Отлични топлинни свойства, ниска разтворимост на водород и добив на разпръскване.
В реакторите на синтез, като токамаки, материалите с плазма, трябва да издържат на силната бомбардировка на високоенергийните неутрони, водородни изотопи (H, D, T) и хелий (HE) йони, освободени чрез реакции на сливане на DT, което може да причини сериозни уврежда повърхността и вътрешността на материалите. По -специално, хелийните атоми са склонни да се комбинират с свободни работни места в материала за образуване на хелий мехурчета, което от своя страна влошава задържането на свободните работни места, причинява повърхностно разцепване и има отрицателно въздействие върху механичните свойства на материала (като втвърдяване и премахване ). В допълнение, плътността на хелийните мехурчета, образувани от инжектиране на хелий, е много по -висока от тази на обикновените празнини, което ускорява процеса на разграждане на материала. Следователно е от решаващо значение дълбоко да се изследват механизмите за образуване и еволюция на дефекти, предизвикани от радиация, в плазмените материали.
За да разбере по -добре микроструктурните промени на волфрамовите материали при условия на облъчване, изследователският екип разработи модел на динамика на клъстера. Този модел всеобхватно разглежда генерирането и взаимодействието на точковите дефекти, малки дефекти и клъстери с хелий, както и процеса на ядрени и растеж на дефекти с недвижими размери (като интерстициални дислокационни контури, празнини и хелий мехурчета). Чрез въвеждане на механизма на пункция на дислокационния цикъл на атомния мащаб, моделът може точно да симулира динамиката на еволюцията на дефекти, предизвикани от радиация със или без инжектиране на хелий.
Резултатите от изследванията показват: 1) при условия с ниска температура (под 300K), празнините и мехурчетата не могат да се образуват; Докато в високотемпературна среда (над 1000k) и когато дозата надвишава 3DPA, празниният пръстен има тенденция да изчезва, което е в съответствие с експерименталните наблюдения. 2) С увеличаване на температурата плътността на пролуката се увеличава и размерът намалява, докато празнините/мехурчетата показват обратната тенденция. Хелийната имплантация насърчава нуклеирането и растежа на клъстери от типа на ваканцията, тъй като хелийните атоми предпочитат да се комбинират с свободни места. 3) Като се има предвид ефектът на пробиване на пръстена, може леко да ускори растежа на балончетата и да окаже значително влияние върху вътрешното налягане на балона и съотношението на вакантност на хелий. 4) За да се съпоставят съотношението на налягане и ваканция на хелий между симулации и експериментални измервания, трябва да се счита, че механизмът за обратна връзка на вътрешното налягане на щамповането на контура, за да се регулира ефективно динамиката на растеж на мехурчетата.
Резултатите от изследванията са публикувани в „Ядрени материали и енергия“ под заглавието „намалена динамика на клъстера моделиране на радиационни щети в волфрам“.
Zigong MT Cemented Carbide Tech Co., Ltd.
