题目：Fe晶界中He杂质效应的第一原理研究

核聚变能源利用的最终实现在很大程度上决定于热核聚变装置"托卡马克"中关键材料问题的解决。其中，核聚变反应装置第一壁结构材料的选择非常关键。铁素体钢是最有希望的候选材料之一。核聚变过程中因中子辐照而发生（n, ）核反应导致大量He的产生。由于He不溶于材料基体，He容易被各种缺陷例如空位和晶界捕获，导致He泡的形成，严重影响材料的结构和性能。研究He原子在Fe中的性质和He原子与各种缺陷的相互作用是非常重要的，将为He的聚集和He泡的形成研究提供重要的信息。 本文应用基于密度泛函理论的第一原理方法，研究了Fe晶界中的He效应：能量、占位和偏析。我们计算了He原子在晶界上不同位置的结合能。结果表明，与间隙位相比，He原子易于占据Fe晶界的置换位，但He原子在最稳定的置换位和间隙位的结合能之差只有0.06 eV. 由于He具有闭壳层的电子结构，与其他原子的相互作用很弱，因此He原子易于占据有较大空间的位置。晶界能够为置换和间隙的He原子提供较大的空间，但置换He应该比间隙He具有更大的空间，因此He原子更易于占据Fe晶界的置换位置。 He在最稳定的置换位和间隙位的偏析能约为-1.4eV。这偏析能足够大以使He原子偏析到最稳定的置换和间隙位置，而不依赖于温度、He在体内的浓度。这导致在典型的573-1173K的温度范围内，几乎所有的He原子都将偏析到晶界处。