金属铁和镍中氦缺陷性质的理论研究

采用投影缀加波赝势和广义梯度近似方法分别计算了体心立方结构金属铁和面心立方结构镍中3种氦缺陷形成能及态密度分布。计算结果表明,以上两种金属的置换氦缺陷最稳定,其次是四面体间隙氦缺陷,八面体间隙氦缺陷最不稳定。分析表明,金属铁和镍中氦缺陷稳定性并不是由缺陷的弹性畸变决定的,而是由缺陷氦原子与其最邻近金属原子之间的电子相互作用决定的。

金属中氦缺陷的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了面心立方fcc、体心立方bcc和六方密堆hcp结构金属中氦缺陷,计算分析了三种晶体结构金属中四面体间隙位置、八面体间隙位置和替代位置氦原子的形成能.并比较了fcc、bcc和hcp结构中不同位置氦点缺陷的稳定性.

α-Fe氦缺陷及弹性模量的第一性原理研究

基于密度泛函理论,针对聚变堆结构钢中子辐照后氦效应进行第一性原理模拟研究.通过计算α-Fe中He缺陷形成能,来分析不同类型He缺陷相对稳定性及磁性的影响,并针对相对稳定的替位He缺陷,计算氦缺陷对α-Fe弹性模量的影响.结果表明:磁性对替位氦缺陷影响较小,结合态密度数据可知,替位氦可能引起晶格常数增大和体模量降低,且氦相对浓度减小可能会引起对弹性模量降低影响的弱化.

α-铁中氦缺陷对氢原子的俘获

体心立方结构的金属铁(α-铁)是聚变反应堆重要的候选结构材料,受氢和氦原子的辐照后可能会发生力学性能的退化。了解氢和氦原子在铁中的聚集行为是反应堆聚变材料研究的重点。本文采用密度泛函理论计算了α-铁中HeHn集团的稳定性,揭示了替代位氦缺陷俘获氢原子的过程和机制,结果表明,1个氦原子最多可俘获4个氢原子,被俘获的氢原子占据氦原子周围的八面体间隙位,且氢原子倾向于彼此聚拢。对氢原子俘获能的计算表明,氢原子足量时,HeH4是α-铁中主要的氢氦集团构型,反之则以HeH2为主。

镍基碳化硅复合材料结构性能第一性原理研究

实验结果表明:对于镍基碳化硅复合材料,可以采用纳米碳化硅均匀弥散的方式来增强其力学性能和抗辐照性能。本文通过密度泛函理论对该复合材料辐照条件下的氦缺陷形成能和力学性能进行了第一性原理计算,结果表明镍基和碳化硅颗粒界面处更易捕获氦原子,且碳化硅颗粒会改善纯镍的力学性质,进一步分析得到该复合材料力学性质随碳化硅质量分数变化的曲线,研究结果为促进镍基碳化硅复合材料的发展提供理论基础。