钼材料中氢行为及起泡微观机制的理论研究

聚变能源被视为人类的终极能源。托卡马克装置及未来反应堆中的关键材料问题是聚变能最终实现的瓶颈问题之一，其中面对等离子体材料 (PFM) 的选取尤为关键。钼 (Mo) 被认为是托卡马克装置及未来反应堆中PFM的重要候选材料之一。PFM的氢致起泡问题直接影响等离子体稳定性并降低PFM的使用寿命，氢致起泡机制已经成为目前急需解决的关键科学问题。本项目选取Mo为代表材料，应用第一原理与热力学模型相结合的方法，在现有工作基础上，系统研究Mo中氢（H）与空位、晶界、He等的相互作用、计算Mo中H和H-缺陷复合体的浓度及扩散行为，从而揭示聚变等离子体环境下Mo中氢致起泡的微观物理机制，从理论上提出抑制氢泡形成的有效途径，为核聚变装置中PFM的设计、制备和应用提供有效参考依据。

本项目就聚变能最终实现的瓶颈问题之一--托卡马克装置及未来反应堆中的关键材料问题，即面对等离子体材料 (PFM) 的重要候选材料之一钼（Mo）和钨（W）中氢（H）行为进行研究，揭示PFM的氢致起泡的微观物理机制。. 本申请结题项目选取Mo/W为代表材料，应用第一原理与热力学模型相结合的连续多尺度方法，系统研究本征Mo中氢（H）行为，Mo中H与空位、晶界、He等的相互作用，W中碳（C）杂质对于H行为的影响等，得到Mo中H和H-缺陷复合体的浓度及扩散系数、渗透率等宏观参数。从微观角度提出氢泡形成空位捕获机制。. 截止2013年底，该项目共计发表与项目相关的SCI论文5篇。项目成果分别在第15届国际聚变堆材料大会（15th International conference of Fusion Reactor Materials，2011-美国）、第11届固体辐照计算机模拟国际大会，（Computer Simulation of Radiation Effects in Solids，2012-美国）等国际会议上作了4个口头报告及1个海报，在国内会议中报告6次，出国参加学术会议人数4人，总人次达6次。项目培养硕士研究生毕业2人，在读博士生1人，硕士生2人。项目研究成果为核聚变装置中PFM的设计、制备和应用提供有效参考依据。