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低能氢粒子沿不同角度轰击钨(001)表面的反射概率及入射深度分布的分子动力学研究

郭龙婷 孙继忠 黄艳 刘升光 王德真

低能氢粒子沿不同角度轰击钨(001)表面的反射概率及入射深度分布的分子动力学研究

郭龙婷, 孙继忠, 黄艳, 刘升光, 王德真
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  • 采用分子动力学方法对低能(0.5–50.0 eV)氢粒子 与钨表面的相互作用进行了模拟研究.研究发现, 当氢粒子垂直入射, 能量为0.5–20.0 eV时, 粒子滞留在钨内部的概率急速增加, 在整个模拟能量区间内, 发生反射过程的概率逐渐减少, 但反射过程始终占主导. 改变粒子的入射角度, 在某些能量范围内滞留概率虽有所增加, 但氢原子被反射现象仍然占主导. 通过进一步观察低能氢粒子在钨块内的入射深度和能量变化, 计算出其在钨块中的能量沉积分布. 这些结果对理解聚变反应中 钨材料的选用优势以及氢或氢同位素滞留有重大意义. 此外, 在所研究的能量范围内, 分子动力学方法的模拟结果与以二体理论为基础的TRIM程序的模拟结果之间有明显差异, 说明传统的二体碰撞理论不能很好地描述低能碰撞问题.
    • 基金项目: 国际热核聚变实验堆计划(批准号: 2013GB107003, 2013GB109001)、国家重点基础研究发展计划(批准号: 2010CB832901) 和中央高等学校基本科研基金(批准号: DUT13ZD102)资助的课题.
    [1]

    Kaufmann M, Neu R 2007 Fusion Eng. Des. 82 521

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    Paméla J, Matthews G F, Philipps V, Kamendje R 2007 J. Nucl. Mater. 363–365 1

    [3]

    Doerner R P 2007 J. Nucl. Mater. 363–365 32

    [4]

    Shu W M, Luo G N, Yamanishi T 2007 J. Nucl. Mater. 367–370 1463

    [5]

    Shu W M, Wakai E, Yamanishi T 2007 Nucl. Fusion 47 201

    [6]

    Ruan W, Xie A D, Yu X G, Wu D L 2011 Chin. Phys. B 20 043104

    [7]

    Henriksson K O E, Nordlund K, Keinonen J, Vörtler K, Dreissigacker S 2006 Surface Sci. 600 3167

    [8]

    Ge C C, Zhou Z J, Song S X, Du J, Zhong Z H 2007 J. Nucl. Mater. 363 1211

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    [10]

    Liu Y L, Lu W, Gao A Y, Gui L J, Zhang Y 2012 Chin. Phys. B 21 126103

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    Liu Y L, Zhou H B, Zhang Y 2011 J. Alloys Compd. 509 8277

    [12]

    Stangeby P C 2000 The Plasma Boundary of Magnetic Fusion Devices (London: Nicki Dennis) p111

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    Yang Z S, Xu Q, Hong R J, Li Q, Luo G N 2010 Fusion Eng. Des. 85 1517

    [14]

    Li X C, Gao F, Lu G H 2009 Nucl. Instrum. Meth. B 267 3197

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    Li S Y, Sun J Z, Zhang Z H, Liu S G, Wang D Z 2011 Acta Phys. Sin. 60 057901 (in Chinese) [李守阳, 孙继忠, 张治海, 刘升光, 王德真 2011 物理学报 60 057901]

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    Zhang Z H, Sun J Z, Liu S G, Wang D Z 2012 Acta Phys. Sin. 61 047901 (in Chinese) [张治海, 孙继忠, 刘升光, 王德真 2012 物理学报 61 047901]

    [17]

    Sun J Z, Zhang Z H, Liu S G, Wang D Z 2012 Acta Phys. Sin. 61 055201 (in Chinese) [孙继忠, 张治海, 刘升光, 王德真 2012 物理学报 61 055201]

    [18]

    Juslin N, Erhart P, Traskelin P, Nord J, Henriksson K O E, Nordlund K, Salonen E, Albe K 2005 J. Appl. Phys. 98 123520

    [19]

    Sang C F, Sun J Z, Wang D Z 2011 J. Nucl. Mater. 415 204

    [20]

    Brenner D W 1990 Phys. Rev. B 42 9458

    [21]

    Zhou H B, Liu Y L, Jin S, Zhang Y, Luo G N, Lu G H 2010 Nucl. Fusion 50 025016

    [22]

    Adelman S A, Doll J D 1976 J. Chem. Phys. 64 2375

    [23]

    Heinola K, Ahlgren T 2010 J. Appl. Phys. 107 113531

    [24]

    Frauenfelder R 1969 J. Vac. Sci. Technol. 6 388

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    Shu W M, Luo G N, Yamanishi T 2007 J. Nucl. Mater. 367–370 1463

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    Juslin N, Erhart P, Traskelin P, Nord J, Henriksson K O E, Nordlund K, Salonen E, Albe K 2005 J. Appl. Phys. 98 123520

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    [2] 李守阳, 孙继忠, 张治海, 刘升光, 王德真. 单空位缺陷对载能氢原子与石墨层间碰撞的能量交换的影响的分子动力学研究. 物理学报, 2011, 60(5): 057901. doi: 10.7498/aps.60.057901
    [3] 周良付, 张婧, 何文豪, 王栋, 苏雪, 杨冬燕, 李玉红. 氦泡在bcc钨中晶界处成核长大的分子动力学模拟. 物理学报, 2020, 69(4): 046103. doi: 10.7498/aps.69.20191069
    [4] 郭洪燕, 夏敏, 燕青芝, 郭立平, 陈济红, 葛昌纯. 中能高浓度氦离子注入对钨微观结构的影响. 物理学报, 2016, 65(7): 077803. doi: 10.7498/aps.65.077803
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    [7] 王欣欣, 张颖, 周洪波, 王金龙. 铌对钨中氦行为影响的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(4): 046103. doi: 10.7498/aps.63.046103
    [8] 黄艳, 孙继忠, 桑超峰, 丁芳, 王德真. 边界局域模对EAST钨偏滤器靶板腐蚀程度的数值模拟研究. 物理学报, 2014, 63(3): 035204. doi: 10.7498/aps.63.035204
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    [11] 黄依娜, 万发荣, 焦治杰. 利用透射电镜衬度像变化判定位错环类型及注氢纯铁中形成的位错环分析. 物理学报, 2011, 60(3): 036802. doi: 10.7498/aps.60.036802
    [12] 韩同伟, 贺鹏飞. 石墨烯弛豫性能的分子动力学模拟. 物理学报, 2010, 59(5): 3408-3413. doi: 10.7498/aps.59.3408
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    [14] 章林溪, 温晓会. 打结高分子链穿孔行为的研究. 物理学报, 2010, 59(10): 7404-7409. doi: 10.7498/aps.59.7404
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    [18] 程玉民, 袁剑辉. 单壁碳纳米管杨氏模量的掺杂效应. 物理学报, 2007, 56(8): 4810-4816. doi: 10.7498/aps.56.4810
    [19] 朱亚波, 鲍振, 杨玉杰, 蔡存金. 模拟研究碳纳米管的热稳定性质. 物理学报, 2009, 58(11): 7833-7837. doi: 10.7498/aps.58.7833
    [20] 刘娜娜, 孙建林, 夏垒, 曾颖峰. 缓蚀剂在铜表面吸附行为的研究. 物理学报, 2013, 62(20): 203102. doi: 10.7498/aps.62.203102
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-07-26
  • 修回日期:  2013-08-23
  • 刊出日期:  2013-11-20

低能氢粒子沿不同角度轰击钨(001)表面的反射概率及入射深度分布的分子动力学研究

  • 1. 大连理工大学物理与光电工程学院, 大连 116024
    基金项目: 

    国际热核聚变实验堆计划(批准号: 2013GB107003, 2013GB109001)、国家重点基础研究发展计划(批准号: 2010CB832901) 和中央高等学校基本科研基金(批准号: DUT13ZD102)资助的课题.

摘要: 采用分子动力学方法对低能(0.5–50.0 eV)氢粒子 与钨表面的相互作用进行了模拟研究.研究发现, 当氢粒子垂直入射, 能量为0.5–20.0 eV时, 粒子滞留在钨内部的概率急速增加, 在整个模拟能量区间内, 发生反射过程的概率逐渐减少, 但反射过程始终占主导. 改变粒子的入射角度, 在某些能量范围内滞留概率虽有所增加, 但氢原子被反射现象仍然占主导. 通过进一步观察低能氢粒子在钨块内的入射深度和能量变化, 计算出其在钨块中的能量沉积分布. 这些结果对理解聚变反应中 钨材料的选用优势以及氢或氢同位素滞留有重大意义. 此外, 在所研究的能量范围内, 分子动力学方法的模拟结果与以二体理论为基础的TRIM程序的模拟结果之间有明显差异, 说明传统的二体碰撞理论不能很好地描述低能碰撞问题.

English Abstract

参考文献 (24)

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