俄研发可用于制造聚变堆第一壁的“智能”合金

【英国《国际核工程》网站2023年5月16日报道】俄罗斯国立核能研究大学莫斯科工程物理学院(NRNU MEPhI)正在研究氦和氘在“智能”钨-铬-钇合金中的累积情况。这种合金是一种极有前景的聚变堆第一壁候选材料。相关研究成果已刊登在近期出版的科技期刊《核材料杂志》(Journal of Nuclear Materials)上。

钨等离子体电子密度的研究

用SHML模型计算了温度从0.3 keV到10.0 keV、密度从0.001 g/cm3到0.1 g/cm3的钨等离子体的电子密度,研究了钨等离子体电子密度随温度、密度的变化规律.计算结果表明,钨的电子密度随等离子体的温度、密度增加而增大,并且出现了3次缓慢变化的平台.分析了平台出现的原因,特别是温度从6.5 keV到10.0 keV时出现的平台,是由于等离子体的温度太高,导致钨原子中的电子几乎全部电离所致.因此,选用钨元素作为聚变堆第一壁材料时,应尽量避免高Z钨进入氘、氚等离子体中,从而破坏聚变反应.

外电场作用下BeO分子结构的研究

采用密度泛函理论,研究了聚变堆第一壁材料中的BeO分子在外电场中的结构,本文选用了B3LYP/6-311g方法优化,研究了外电场（-0.05~0.05a.u.）对BeO分子基态键长、能量、电荷分布、HOMO能级、LUMO能级、能隙及谐振频率的影响.结果表明,电场从-0.05a.u.变化到0.05a.u.时,BeO的能量随正向电场增加而降低,但HOMO能级、LUMO能级以及能隙均随着电场的增加而增大.能隙的增大表明在外电场作用下,BeO分子占据轨道中的电子激发到空轨道更难,在外电场中BeO分子的结构仍然比较稳定.所以,BeO分子可以作为ITER第一壁较好的侯选材料.

BeO分子在不同方向外电场中的能量和光谱

用密度泛函理论,选用B3LYP/6-311g方法优化,研究了不同方向外电场(0.0—0.05a.u.)对聚变堆第一壁材料中BeO分子的键长、总能量、电荷分布、能级、能隙和红外光谱的影响.计算结果表明,随着外电场从0.0增加到0.05a.u.,BeO分子的键长逐渐增长,总能量E逐渐降低,但能隙EG不断增大.能隙的增大表明了BeO分子在外电场中化学反应的活性减弱,分子结构在外电场中相对稳定,因此随着外电场的增加,BeO分子中的O原子与从反应堆中逃逸出来的H原子结合更困难,这对ITER中的聚变反应是有利的.