中子預輻照損傷對鎢中氫滯留行為影響機制的多尺度模擬

鄭淇蓉，劉 俊，李鵬迪，魏留明，李永鋼，曾 雉

(1.中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所材料物理重點實驗室，合肥 230031；2.中國科學技術大學科學島分院，合肥 230031；3.河南大學物理與電子學院計算材料研究所，開封 475004)

1 引 言

鑒于其低的濺射產額、嬗變幾率和氚滯留量以及良好的熱性能和機械性能，鎢(W)已作為ITER聚變裝置偏濾器中面向等離子體材料組件的主要應用材料，并被認為是未來DEMO和CFETR等聚變示范堆的主要候選材料[1，2].在磁約束聚變裝置中，鎢基面向等離子體材料將會面臨高溫(>500℃)，高熱流(瞬態高達～20 MW/m2)，由D-T核聚變反應產生的低能(1-100 eV)、高束流(高達1024m-2s-1)的D/T/He離子和高能中子(14.1 MeV，束流1018m-2s-1)沖擊的極端環境[3].等離子與材料的相互作用會產生輻照誘導點缺陷(間隙(SIA，I)和空位(V))、位錯環、空洞和嬗變元素等，從而引起氚滯留以及微觀結構的改變[4].中子與氫氦的協同輻照效應將進一步導致嚴重的宏觀材料損傷，如裂紋、表面熔化和材料脆化/腫脹/起泡/開裂等材料熱/力學性能的降低[5，6].這將會嚴重影響面向等離子體材料的使用壽命.由于氚自持以及材料宏觀損傷均與氫氦滯留有關，為了促進未來核聚變裝置中面向等離子體材料的研究與開發，氫氦在鎢基材料中的滯留行為和損傷機制的系統研究至關重要[7].

一般地，新型材料設計和劇烈輻照環境均會引入各種復雜微結構，共同影響材料的抗輻照性能和氫氦滯留行為[8，9].尤其反應堆高能中子輻照對鎢基材料中氫氦滯留……