W obliczu ciągłego wzrostu globalnego zapotrzebowania na energię i coraz poważnych wyzwań środowiskowych energia fuzji jądrowej jest uważana za nową gwiazdę w przyszłym polu energetycznym ze względu na czystość, wydajność i zrównoważony rozwój. Środowisko wysokiej temperatury podczas działania reaktorów fuzyjnych stawia wyjątkowo wysokie wymagania materiałów, a materiały na bazie wolframu stały się idealnym wyborem dla komponentów skierowanych do plazmy (PFC), zwłaszcza pierwszej ściany i kierunku, ze względu na ich doskonałą temperaturę topnienia, Doskonałe właściwości termiczne, niska rozpuszczalność wodoru i wydajność rozpylania.
W reaktorach fuzyjnych, takich jak tokamaki, materiały skierowane do osocza muszą wytrzymać silne bombardowanie neutronów wysokoenergetycznych, izotopów wodoru (H, D, T) i helu (HE) uwalnianych przez reakcje fuzji DT, które mogą powodować poważne uszkodzenie powierzchnia i wnętrze materiałów. W szczególności atomy helowe są podatne na łączenie z wolnymi miejscami w materiale w celu tworzenia pęcherzyków helowych, co z kolei pogarsza zatrzymanie wolnych miejsc, powoduje szorstowanie powierzchni i mają negatywny wpływ na właściwości mechaniczne materiału (takie jak stwardnienie i kruchość i kruchość ). Ponadto gęstość pęcherzyków helowych utworzonych przez wstrzyknięcie helu jest znacznie wyższa niż zwykłych pustek, co przyspiesza proces degradacji materiału. Dlatego kluczowe jest głębokie zbadanie mechanizmu tworzenia i ewolucji defektów indukowanych promieniowaniem w materiałach skierowanych w osoczu.
Aby lepiej zrozumieć zmiany mikrostrukturalne materiałów wolframowych w warunkach napromieniowania, zespół badawczy opracował model dynamiki skupień. Model ten kompleksowo rozważa wytwarzanie i interakcję wad punktowych, małe skupiska defektów i klastry helu, a także proces zarodkowania i wzrostu wad nieruchomych (takich jak pętle zwichnięcia śródmiąższowego, pustki i pęcherzyki helu). Wprowadzając mechanizm nakłucia pętli zwichnięcia w skali atomowej, model może dokładnie symulować dynamikę ewolucji defektów indukowanych promieniowaniem z wstrzyknięciem helu lub bez.
Wyniki badań pokazują: 1) W warunkach niskiej temperatury (poniżej 300k) nie mogą się tworzyć pustki i bąbelki; Podczas gdy w środowiskach o wysokiej temperaturze (powyżej 1000k), a gdy dawka przekracza 3DPA, pierścień szczeliny znika, co jest zgodne z obserwacjami eksperymentalnymi. 2) Wraz ze wzrostem temperatury gęstość pierścienia szczeliny wzrasta, a rozmiar maleje, podczas gdy pustki/pęcherzyki wykazują odwrotny trend. Implantacja helu sprzyja zarodkowaniu i wzrostowi klastrów typu wolnego miejsca, ponieważ atomy helowe wolą łączyć się z wolnymi miejscami. 3) Biorąc pod uwagę efekt wykładzenia pierścienia może nieznacznie przyspieszyć wzrost pęcherzyków i mieć znaczący wpływ na ciśnienie wewnętrzne bańki i wskaźnik wakatu helu. 4) Aby dopasować współczynnik wakatu na ciśnienie i helu między symulacjami a pomiarami eksperymentalnymi, należy uznać, że wewnętrzny mechanizm sprzężenia zwrotnego ciśnienia należy uznać za skuteczną regulację dynamiki wzrostu pęcherzyków.
Wyniki badań zostały opublikowane w „Materiałych jądrowych i energii” pod tytułem „Modelowanie dynamiki klastra uszkodzeń promieniowania w wolframu”.
Zigong MT Cemented Carbide Tech Co., Ltd.
