等离子体辐照下钨材料表面纳米丝行为机制研究

钨以其优异的综合性能被认为是最有可能全面使用的聚变堆面对等离子体材料，然而钨材料在高通量He粒子流辐照下表面会生成一层纳米尺寸的金属丝（钨纳米丝），影响材料使用寿命和聚变装置的稳定运行，这是目前聚变界遇到的一个新的令人头疼的问题。本项目将针对此问题，以实验室平台实验为主，以相应的计算模拟工作为辅，同时紧密依托EAST托卡马克装置，系统研究钨表面纳米丝化行为机制，探讨降低钨纳米丝对托卡马克装置运行危害的方法。拟解决的关键科学问题有：1）通过实验室辐照实验并结合原子尺度的计算模拟工作，明确钨纳米丝的生成条件和过程及其内在机理；2）研究钨纳米丝在实验室和托卡马克装置实况条件下的粒子辐照效应以及钨纳米丝的热辐照回缩消失现象，对比其异同，揭示本质。通过全面而深入的研究，为钨材料在聚变装置中的实际应用提供坚实的科学依据。

钨以其优异的综合性能被认为是最有可能全面使用的聚变堆面对等离子体材料，然而钨材料在高通量He粒子流辐照下表面会生成一层纳米尺寸的金属丝（钨纳米丝），影响材料使用寿命和聚变装置的稳定运行，这是目前聚变界遇到的一个新的令人头疼的问题。本项目将针对此问题，主要开展了如下研究：1）高通量He等离子体辐照下ITER级钨、高性能钨和TZM等面对等离子体材料的表面纳米丝化行为，对比其异同，揭示本质；2）高通量D等离子体辐照下ITER级钨和纳米晶钨的表面形貌变化及D滞留解吸情况。通过实验室辐照实验和计算机模拟相结合，探讨了He/D在W中的滞留、扩散、积聚、起泡和破裂行为，同时深入的讨论了这些行为和W表面纳米丝行为的关系。本课题的实施对于了解W材料与He/D等离子体的相互作用、评价和模拟边界等离子体有着重要的意义。