氦离子显微镜对钨中氦行为的实验研究

针对热核聚变面向等离子体钨材料中氦泡形成、演变以及机理研究的需求,克服目前常用离子注入、电子扫描显微镜和透射电子显微镜等离线研究手段存在的不足,提出氦离子显微镜对钨中氦的上述行为原位实时在线研究方法.借助氦离子显微镜的离子注入、显微成像和聚焦离子束纳米加工功能,它可以提供能量为0.5—35 ke V、束流密度可达10~(25) ions/(m~2·s)以上的氦离子束,在该设备上进行钨中氦的注入实验.同时在注入过程,实时在线监测钨中氦泡形成、演变过程以及钨材料表面形貌的变化,原位在线分析钨材料表面氦泡的大小、迁移合并以及其诱发的钨表面和近表面的微观损伤.实验结果表明:氦离子显微镜是研究钨中氦行为演变过程及其微观机理研究的新的研究手段和强有力的实验工具.     

分子动力学方法研究钛中预存缺陷对氦融合的影响

采用分子动力学方法模拟了在有预存氦空位复合物的体系中氦的迁移和融合,研究了氦融合的各向异性以及氦空位比和氦空位簇大小对氦融合的影响.研究发现:氦迁移的各向异性与体系中是否有氦空位簇无关;氦与氦空位簇的融合主要沿[001]方向;氦二聚物与氦空位簇的融合远快于单个氦原子与氦空位簇的融合.     

铝中氦原子行为的密度泛函研究

用密度泛函理论计算了大量He原子存在时He在金属铝中不同位置的能量,并在理论上预测了铝中的氦原子行为.结果表明,铝晶胞内He原子择优占位区是空位,而在整个晶体范围,最有利于容纳He原子的区域是晶界,其次是空位和位错.在fcc-铝的两种间隙位中,He原子优先充填四面体间隙位.间隙He原子的迁移能很小,易于通过迁移在晶内聚集,或被空位、晶界、位错等缺陷束缚.     

α-Fe中氦泡阻碍位错移动硬化的分子动力学研究

基于周期性位错阵列模型,利用分子动力学方法,研究了α-Fe中1/2a0111{110}刃位错与3nm氦泡的相互作用导致硬化的过程,重点研究了不同温度下(300 K和623 K),氦空位比例对位错与3 nm氦泡作用机制影响的差异性.研究结果表明,当氦空位比例在0～1之间变化时,氦空位比例的变化对临界剪切应力的影响微弱,当氦空位比例在1～1.5之间变化时,氦泡内氦原子的数量的增加,临界剪切应力随之降低.氦空位比例升高至1.75时,高温623 K与室温相比,临界剪切应力反常升高,原因是高温引起的位错与氦泡的排斥机制:氦泡严重超压,与位错接触瞬间,沿位错拉伸侧踢出自间隙原子团簇,被位错吸收后产生割阶;由于位错割阶与超压氦泡同为压应力场,割阶被氦泡强烈排斥反弹.     

铝中氦原子行为的密度泛函研究

用密度泛函理论计算了大量He原子存在时He在金属铝中不同位置的能量,并在理论上预测了铝中的氦原子行为。结果表明,铝晶胞内He原子择优占位区是空位,而在整个晶体范围,最有利于容纳He原子的区域是晶界,其次是空位和位错。在fcc-铝的两种间隙位中,He原子优先充填四面体间隙位。间隙He原子的迁移能很小,易于通过迁移在晶内聚集,或被空位、晶界、位错等缺陷束缚。     

温度对bcc铁中He行为影响的模拟

介绍了一种模拟bee铁中长期He行为的晶格动力学蒙特卡罗方法（LKMC），它采用分子动力学或第一性原理计算方法计算得到的金属中缺陷的迁移能、形成能、离解能等数据作为输入参数，根据这些参数计算得到模拟体系的事件集，然后通过抽样方法得到体系的下一状态，从而实现对金属中He和缺陷相互作用过程的模拟。根据Robison等描述的LKMC模拟步骤，编写了用于模拟bee金属中He行为的LKMC程序，采用该程序模拟研究了温度对bee铁中He行为的影响。     

温度对bcc铁中He行为影响的模拟研究

温度对bcc铁中的He行为有重要的影响,基于bcc晶格的晶格动力学蒙特卡罗（Lattice Kinetic Monte Carlo,LKMC）方法,模拟研究了298—1298 K范围内温度对bcc铁中He行为的影响.结果表明：温度对bcc铁中He行为的影响可以分为4个阶段：（1）298—598 K,（2）598—798 K,（3）798—998 K,（4）998—1298 K.第一阶段随着温度的增加,晶粒内He原子浓度略有降低,但He泡中平均He原子个数迅速增加;第二阶段随着温度的增加,晶粒内的He原子浓度迅速降低,但He泡中平均He原子个数几乎不变;第三阶段随着温度的增加,晶粒内的He原子浓度和He泡中平均He原子个数均迅速减少;第四阶段随着温度的增加,晶粒内He原子浓度以及He泡中平均He原子个数均有所增加,到1298 K时,晶粒内He原子浓度与室温时相近,几乎没有He原子从铁晶粒内逃逸出.模拟结果与文献正电子湮灭实验结果有很好的吻合. 关键词： bcc铁 He 晶格动力学蒙特卡罗 温度     

α-Fe中氦泡极限压强的分子动力学模拟

为了深入认识α-Fe中氦泡冲出位错环的微观机制,有必要研究α-Fe中氦泡冲出位错环时的极限压强特性.本文建立金属-氦泡的立方体型代表性体积单元模型,针对8种不同初始半径的球形氦泡,以初始氦空位比为变量,开展分子动力学模拟,得到了各模型中位错环开始形成时的氦泡极限压强和临界氦空位比.研究结果表明:对于无量纲半径介于2—1...     

氦对钛的体胀及稳定性影响的分子动力学模拟

采用分子动力学(molecular dynamics,MD)方法研究了不同压力下氦-空位复合物的大小、氦含量对材料肿胀、稳定性的影响. 分析了影响材料体积改变及稳定性因素：随着氦含量的增加,体系内聚能减小,系统体积膨胀,稳定性降低;当氦-空位复合物较小时,随着氦-空位复合物的增大,体系内聚能增加,系统体胀减小,体系趋于稳定. 当氦泡中氦原子达到一定数量时氦泡不再继续长大. 关键词： 体胀 氦-空位复合物 钛 分子动力学     

铌对钨中氦行为影响的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法系统研究了合金化元素铌(Nb)对钨(W)中氦(He)溶解和扩散行为的影响.研究发现,Nb的存在显著降低了He在W中的溶解能,Nb可以作为W中He捕陷中心,在最稳定位置处Nb对He的捕陷能达到0.37 eV.通过电荷分析发现,这主要是因为Nb的存在引起了W中电荷密度的重新分布.而He在W中的扩散能垒将随着He—Nb间距离的缩小逐渐降低,这从动力学上表明He被Nb捕陷是可行的.因此,Nb的存在将有利于W中He的聚集成泡.     

晶格数目对面心立方结构光子晶体带隙的影响

对晶格数目对面心立方结构光子晶体带隙的影响进行了详细的实验研究.用不同厚度的材料制作面心立方结构光子晶体，并测量了其禁带的光谱特性.得到了对实际应用有指导作用的规律.一个可实际应用的光子晶体至少应有50个晶格. 关键词： 面心立方结构 光子带隙 晶格数目     

中国固态增殖剂试验包层系统的氦气冷却系统仿真计算

根据中国固态增殖剂试验包层氦气冷却系统的系统设计和布置情况,利用大型一维流体仿真软件 Flowmaster 建立了氦气冷却系统的仿真模型。利用该仿真模型,模拟了氦冷系统在产氚包层系统不同工况下氦气流动情况以及各种参数的分布情况,得到了热等待工况、热备用工况、正常运行工况和除氚工况下系统的主要工艺点的温度、压力和流速分布等相关参数,为系统的设计和设备选型提供参考。同时,该仿真模型和结果对中国聚变工程实验堆氦冷系统的仿真模拟具有一定的参考意义。     

氦原子2 ~3P态的塞曼效应

在考虑各种相对论修正以及核运动修正和辐射修正的基础上,采用微扰与变分相结合的方法,给出了氦原子23P态塞曼效应之解析解     

立方面心C60晶体晶格振动的研究

采用C60 分子之间相互作用势的Kihara形式 ,研究了立方面心C60 晶体的晶格振动问题 ,得到了质心振动沿 [111]、[110 ]及 [10 0 ]方向的声子散射圆频率分布曲线及C60 晶格振动频率的态密度分布 .采用所得到的C60晶格振动频率的态密度分布 ,计算了晶体C60 在 2 98K时的等压热容 ,所得数值与实验值相符 .     

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为了解不同氦气状态对超导托卡马克室温绝缘子电性能的影响,建造了室温绝缘子氦气状态下电性能测试平台.利用该平台,在静态氦气和氦气流速为0.65g·s?1状态下进行了室温绝缘子高电压-漏电流实验.实验结果表明,两种氦气状态下室温绝缘子均满足使用要求.     

氦气状态对超导托卡马克室温绝缘子电性能影响实验研究

为了解不同氦气状态对超导托卡马克室温绝缘子电性能的影响,建造了室温绝缘子氦气状态下电性能测试平台。利用该平台,在静态氦气和氦气流速为0.65g•s^-1状态下进行了室温绝缘子高电压-漏电流实验。实验结果表明,两种氦气状态下室温绝缘子均满足使用要求。     

Dislocation and defect density-based micromechanical modeling of the mechanical behavior of fcc metals under neutron irradiation

A rate-independent dislocation and defect density-based evolution model is presented that captures the pre- and post-yield material behavior of fcc metals subjected to different doses of neutron radiation. Unlike previously developed phenomenological models, this model is capable of capturing the salient features of irradiation-induced hardening, including increase in yield stress followed by yield drop and non-zero stress offset from the unirradiated stress–strain curve. The key contribution is a model for the critical resolved slip resistance that depends on both dislocation and defect densities, which are governed by evolution equations based on physical observations. The result is an orientation-dependent non-homogeneous deformation model, which accounts for defect annihilation on active slip planes. Results for both single and polycrystalline simulations of OFHC copper are presented and are observed to be in reasonably good agreement with experimental data. Extension of the model to other fcc metals is straightforward and is currently being developed for bcc metals.     

浮空器氦气纯化方法应用研究

在浮空器使用过程中,外界空气的混入将导致其内部氦气纯度降低,从而影响到浮空器正常使用.文中通过对常用气体分离方法的分析研究,提出了以高压低温冷凝和低温吸附相结合的方式作为浮空器氦气提纯方式的思路,并详细给出了实现工艺流程和控制方案.换热计算结果表明:该纯化方法液氮消耗量小、氦气提纯成本低.     

Kondo effect in dilute alloy films of CuFe deposited at room and helium temperature

The resistivity of Cu, Cu + 100 ppm Fe and Cu + 200 ppm Fe films was measured as a function of temperature from 1 to 300 K. The results on films evaporated at room temperature are compared with contradicting data of other authors. Disordered CuFe alloy films, produced by evaporation onto a substrate at helium temperature, failed to show the theoretically predicted temperature shift of the resistivity minimum.     

超快脉冲激光辐照金属薄膜热-力效应的模拟研究

基于双曲双温两步热传导和热电子崩力模型,考虑到超快脉冲激光辐照金属薄膜材料过程中的热-力耦合效应,得到了完全耦合的、非线性的超快热弹性模型.运用具有人工粘性和自适应步长的有限差分算法,以脉宽为100 fs的脉冲激光辐照200 nm厚金膜为例,对薄膜体内的电子-晶格温度及温度梯度、热应力和电子热流进行了数值模拟研究.结果表明：脉冲辐照早期为明显的非平衡加热阶段,同时形成较大的热电子崩力;电子热流出现双峰现象;超快加热引起的热应力是导致薄膜力学损伤的主要原因.