氦团簇在金属钨中的扩散与形核分子动力学研究

"金属钨中氦团簇扩散与形核特性的分子动力学研究 (2014年)"，作者周芬、邓辉球，发表于《湖南文理学院学报(自然科学版)》2014年第26卷第2期。 在金属材料科学领域，氦团簇的行为对材料性能具有重要影响，尤其是在核反应堆和高能粒子实验等应用中，氦的沉积和行为是关键问题。本研究以金属钨为研究对象，利用分子动力学模拟方法深入探讨了氦团簇在钨中的扩散和形核特性。分子动力学是一种基于牛顿运动定律的计算方法，能够模拟微观粒子在给定力场下的运动，从而揭示微观过程。 研究发现，随着氦团簇尺寸的增大，其在金属钨中的扩散速度显著降低。这一现象可归因于大团簇内部的相互作用和阻碍效应，使得迁移变得更加困难。同时，较大的氦团簇更易于引发自间隙钨原子的产生，这可能导致材料内部结构的不稳定和损伤。值得注意的是，即使是相对较低的钨基体温度，大的氦团簇也能引发这种效应，这在实际应用中可能产生重要的工程意义。 在金属钨中引入125个氦原子，即氦浓度低于0.1%，进一步研究了氦团簇的形核特性。通过对比氦团簇、自间隙团簇和空位团簇的尺寸分布，研究人员发现氦团簇在800 K时达到最大尺寸，而其他两种缺陷的尺寸则随温度升高而逐渐增加。这一结果揭示了温度对不同缺陷形成的影响，以及氦团簇在特定温度下的动态稳定性。 关键词包括氦团簇、扩散、形核和分子动力学模拟，强调了该研究的核心内容。这些发现对于理解氦在金属钨中的行为，以及预测和控制相关材料的性能退化至关重要。在实际应用中，如核反应堆材料的设计和改进，这些研究成果提供了理论指导和实验依据，有助于优化材料的耐氦辐射性能。 该论文通过分子动力学模拟揭示了氦团簇在金属钨中的扩散和形核规律，为深入理解和改善高氦环境下金属材料的性能提供了理论基础。此外，它还强调了氦团簇尺寸、扩散系数和形核特性之间的关联，这些都对材料科学和核工程领域的研究具有深远的指导价值。