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我室在钨中自间隙原子扩散机制方面取得新进展

        近期,我室曾雉研究员领导的课题组在钨中自间隙原子团簇缺陷扩散机制方面取得新进展。相关研究结果发表在《科学报告》(Scientific Reports 4, 5096, 2014)以及《核材料》(Journal of Nuclear Materials 437, 438-444, 2013)等杂志上。 钨作为托卡马克装置中偏滤器部分的候选材料,其缺陷的扩散一直都是人们关心的热点问题,固体所博士生周望怀同学围绕钨中间歇原子的运动开展了系列研究。其研究结果表明,钨中单个间隙原子的最稳定的构型是<111>方向上的挤子(crowdion)或哑铃(dumbbell),两者能量之差很小。单间隙原子的扩散过程可以看做是<111>方向上挤子和哑铃相互转换的过程,在50K以下挤子就可以热运动;而多个间隙原子组成的团簇是非常稳定的,且在<111>方 向上做一维运动。在间隙原子团簇内部,间隙原子之间的相互作用能正比于距离的平方,即如果间隙原子之间的相对距离发生变化,它们之间的能量会迅速增加。间 隙之间这种强相互作用使得间隙原子之间相对距离始终保持在很小的值以内,由此他们提出了如下图所示的蠕动图像:某一个间隙原子在<111>运动了一小步,它的近邻原子会紧随其后,就这样不停地重复上述过程,表现为整个团簇在<111>方向上运动。 上述研究结果有助于人们理解辐照条件下材料缺陷的初期形成与演化机制,为介微观尺度下钨材料的辐照性能模拟提供了基础。

1. 钨中间隙原子团簇的蠕动图像。红色的原子链表示该链上存在间隙原子,蓝色的原子链为理想晶格。(a)图显示某一时刻间隙原子团簇构型;(b)图显示右边的间隙原子在密排方向上运动了一小步;(c)图是左边的间隙原子紧跟右边的间隙原子往前运动了一小步。整个过程完成后,间隙原子团簇在<111>方向上运动了一小步。

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