面向等离子体材料的高热流冲击实验的理论模拟

本项课题从粒子与固体相互作用以及热扩散和分子动力学等基础物理的角度出发，研究高热流冲击下，面向等离子体材料的辐照损伤和缺陷产生机制。采用Monte Carlo- - 双温度- - 分子动力学的方法研究粒子冲击材料产生的能量沉积的空间分布，研究电子和晶格子体系的温度随时间、空间的分布以及以此温度分布为热池的分子动力学过程。进而研究微观尺度下高热流冲击引起的材料表面起泡/剥蚀、疲劳、局部熔化和微裂纹等缺陷产生的机制。所得结果将直接为面向等离子体材料的高热流冲击实验提供理论支持并对辐照性质进行预测，对ITER相关的实验研究具有重要的指导意义。

本项课题着重于探索面向等离子体材料在高热流冲击和高温等离子体辐照下缺陷和损伤问题的新理论和新方法。通过定量地描述高能、高束流电子／离子与固体相互作用的能量沉积、点缺陷产生和离子滞留过程，能量弥散和热传导过程以及缺陷和损伤的动力学过程，结合新发展的“Monte Carlo方法—温度模型—动力学方法”和“SRIM／分子动力学辐照损伤模拟—原子尺度方法—缺陷团簇动力学方法”的多尺度模拟框架，研究面向等离子体材料表面损伤的跨尺度行为，为极端环境下材料损伤效应的研究提供理论依据。主要研究成果为：（1）获得了具有自主知识产权的、能够模拟高热流冲击实验和高温等离子体环境下材料的缺陷产生、演化、积聚和损伤等问题的计算程序包（IRadMat）；（2）系统研究了瞬态高热流冲击实验下面向等离子体材料的热学行为，并指出了体加热效应对低Z材料的表面温度具有大的影响；（3）揭示了D／He在W基面面向等离子体材料中大的深度范围内的扩散和积聚等动力学行为，阐明了核聚变离子在W中滞留和早期损伤的微观机理；（4）首次提出了“H在应力作用下的积聚可束缚空位，进而导致空洞形核长大以引起Fe中H脆产生”的动力学微观机理；（5）发表相关SCI收录国际期刊学术论文11篇，申请国家计算机软件著作权2项。