钨被认为是聚变装置中最有前景的面对等离子体材料，在聚变反应中钨要承受氢氦等离子体的辐照， 其聚集对于钨材料的微结构和服役性能将会造成巨大的影响。研究表明氢在钨中扩散势垒较低，易被空位 等缺陷捕获并聚集 1.。实验上在 300-1000K极易观测到氢泡的形成，随着温度的升高，氢泡尺寸会逐渐长 大 2.。因此，运用大尺度计算模拟的方法，研究钨中空位对于氢输运等性能的影响尤为重要。本文采用分 子动力学及动力学蒙特卡洛相结合的方法，重点研究单空位点缺陷存在的情况下，氢在钨中的大尺度输运 行为。首先通过分子动力学计算，得到钨中扩散势垒氢为 0.21eV、空位为 1.85eV；氢与单空位的顺序结合 能从一到六分别为 1.12, 0.99, 0.83, 0.76, 0.55, 0.27eV，并从第七个开始变负。将以上结果作为输入参数， 结合自行编写的动力学蒙特卡洛程序，模拟了氢在空位中的聚集和脱附过程，计算的体系达到了 200万个 钨原子的规模，同时模拟时间达到了微秒量级。研究发现空位中捕获的氢随着空位初始浓度的增高而增高， 在相同空位浓度下，每个空位内捕获的氢是相近的，这与分子动力学计算给出的空位与氢的顺序结合能结 果是一致的。在当前模拟的规模下，复合所需的时间与温度与缺陷浓度有关。当温度低于 500K 时复合所 需时间主要由缺陷浓度决定，而高于 500K后主要由模拟的温度决定。这是由于 500K前氢处于被空位束缚 的状态，而大于500K后会形成束缚与脱附的动态平衡过程。每微秒1K的等时退火实验的模拟的结果表明， 低于 400K 时体系内氢原子的热运动不明显,在 400-800K 时氢原子开始热运动，当遇到空位时会被束缚在 空位内，当温度大于 800K 后氢原子会从空位中解脱附，重新变为自由的氢原子。大尺度的模拟可以直接与入射级联与等时退火实验等结果进行对比，从而在微观角度对实验结果给出更全面的解释，同时对模拟 的模型自身也是一种检验。
长沙市工商行政管理局