近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所內(nèi)耗與固體缺陷實(shí)驗(yàn)室科研人員與等離子體物理研究所和近代物理研究所科研人員合作，在面向等離子體材料鎢輻照缺陷演化計(jì)算模擬研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)科研成果發(fā)表在《材料學(xué)報(bào)》上（Acta Materialia 2014,66, 172-183）。
科研人員采用第一性原理方法研究了鎢中過渡金屬溶質(zhì)原子與點(diǎn)缺陷的相互作用，初步建立了過渡金屬原子與點(diǎn)缺陷相互作用數(shù)據(jù)庫(kù)（圖1），主要包括多種缺陷簇的穩(wěn)態(tài)亞穩(wěn)態(tài)缺陷構(gòu)型及其能量學(xué)基本參數(shù)（形成能、結(jié)合能、作用半徑等）和動(dòng)力學(xué)基本參數(shù)（擴(kuò)散機(jī)制、擴(kuò)散激活能以及擴(kuò)散系數(shù)等），該數(shù)據(jù)可以作為更高時(shí)間和空間尺度計(jì)算模擬的輸入?yún)?shù)（如蒙特卡洛，速率理論等）。基于相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)一步考察溶質(zhì)與點(diǎn)缺陷相互作用的物理控制因素，發(fā)現(xiàn)電子相互作用在溶質(zhì)原子與空位相互作用中起主導(dǎo)因素，而彈性相互作用控制著溶質(zhì)原子與自間隙間的相互作用，并總結(jié)出溶質(zhì)與點(diǎn)缺陷相互作用的規(guī)律，即具有較大電負(fù)性的溶質(zhì)原子傾向于空位結(jié)合，具有較小金屬半徑的溶質(zhì)原子傾向于與自間隙結(jié)合（圖2）。該規(guī)律在鋁基和鎂基合金中依然適用�；谌苜|(zhì)原子與空位和自間隙缺陷間的結(jié)合能，可推測(cè)過渡金屬溶質(zhì)原子能夠顯著縮小材料中空位和自間隙擴(kuò)散速率間的差異，促進(jìn)輻照誘導(dǎo)點(diǎn)缺陷的復(fù)合，提高材料的抗輻照性能，該推測(cè)解釋了近期部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。最后根據(jù)計(jì)算模擬數(shù)據(jù)并結(jié)合近期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討論了目前比較典型的合金元素Re、Os、Ta、Ti、V對(duì)輻照損傷和氫滯留的影響，對(duì)比分析表明，相比于Re，Os，Ti和V等元素，Ta更適合作為鎢的合金元素，這為高性能鎢合金的設(shè)計(jì)提供了新思路。
上述研究工作得到科技部國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金委和中國(guó)科學(xué)院的支持。
