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题目:氢在钨中扩散的分子动力学研究

关键词:氢,扩散,分子动力学,均方根位移,NEB

  摘要

钨的氢致起泡是ITER项目亟待解决的问题,而氢在第一壁中扩散又是研究氢致起泡的基础。大量文献都致力于研究氢在钨中的扩散行为,但得到的结果差异较大。本文以分子动力学模拟(Molecular Dynamics Simulation)为主线,用均方根位移法(Mean Square Displacement)和NEB(Nudged Elastic Band)方法来研究氢在钨中扩散的问题。作者通过均方位移法拟合Arrhenius经典扩散公式D=D_0 exp⁡(-E_a/kT)中的指前因子 和扩散能垒 ,得出在300K-2400K氢在本征钨中的扩散行为可以用如下Arrhenius方程近似表示,即D=5.01*10^(-8)*exp(-0.204eV/kT)m^2/s,其扩散能垒约为0.2eV。同时,作者用NEB方法,探究氢在本征钨中的最优扩散路径,以及氢在空位附近扩散的特性和扩散能垒,得出当空位中的氢原子数少于6个时,空位对钨晶格势能的影响范围不超过两个晶格常数的距离,即在两个晶格常数距离以外的地方,氢的扩散和本征钨中扩散行为相似,以上结论均与第一原理计算结果相符。