摘要
先进核能系统的关键部件材料对其长期稳定运行起着至关重要的作用。金属钨作为潜在的加速器驱动次临界系统散裂靶材以及聚变堆面对等离子材料，其服役环境具有高温和辐照等特点。本论文通过分子动力学以及第一性原理研究了氦泡在金属钨中的成核长大行为，以及氦泡在金属钨基体中引起的缺陷演化过程。同时，本文从能量(缺陷形的成能、迁移能、吉布斯自由能)的角度阐述了氦泡在金属钨中的成核长大机制。本文的主要结论如下： (1)本文通过分子动力学方法验证了单晶钨中氦泡成核长大过程中的位错环发射机制，以及氦泡引起的钨基体相变，并通过第一性原理方法计算了bcc钨和fcc钨中四面体间隙氦原子和八面体间隙氦原子的电荷密度差。结果表明，bcc钨中四面间隙氦原子的稳定性高于八面体间隙氦原子的稳定性，而在fcc钨中恰好相反。 (2)晶界处氦泡的长大机制和单晶钨中有所不同。单晶钨中氦泡通过挤出位错环促进长大。而氦泡在∑3[211](110)晶界处的长大机制为：首先挤出并发射少量自间隙钨原子，而后挤出1/2<111>位错线，随后，该位错线会沿晶界面上[111]方向迁移出去；在∑9[110](411)晶界处，氦泡在本文的模拟时间尺度范围内没有观察到钨自间隙子的发射和位错的挤出。 (3)氦泡无论是在单晶钨中还是在晶界(∑3[211](110)和∑9[110](411))处都能够通过间歇性释放压力来促进生长。 (4)氦泡在<111>方向的线性温度梯度场中的位错环发射机制具有特定的方向性，即氦泡在成核长大过程中会沿着温度梯度场向温度升高的方向发射位错环。
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