锂氦在钨中的行为及其对钨力学和热力学性质影响的第一性原理研究

为了预测长期锂化壁处理工艺对第一壁材料——钨的影响,本工作采用第一性原理计算,探讨锂、氦杂质原子在金属钨中的行为及其对钨金属材料力学和热力学性质的影响。计算结果表明,单一锂原子在钨晶体中倾向于占据替代位置,该替代锂原子和位于间隙位置的氦或其他锂原子之间皆存在较强的正结合能,而且当多个间隙氦或锂原子聚集在替代锂原子周围时,体系仍然具有正结合能。对钨晶体含有锂或氦多原子聚集体力学性能(体弹模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、柯西压力)的计算结果表明,锂或氦多原子聚集体的出现将导致钨材料的力学强度降低,韧(展)性提高。采用准简谐Debye模型对含有锂或氦多原子聚集体的钨材料的吉布斯自由能、等容热容、熵等热力学性质的计算结果表明,锂或氦多原子聚集体的出现也将导致钨金属体系的热力学性质发生变化,这将对钨金属材料的温度分布、杂质浓度等产生一定的影响。