近期，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院固體物理研究所內(nèi)耗與固體缺陷實驗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算模擬研究方面取得新進展，相關(guān)科研成果發(fā)表在《材料學報》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)原子與點缺陷的相互作用，初步建立了過渡金屬原子與點缺陷相互作用數(shù)據(jù)庫（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)型及其能量學基本參數(shù)（形成能、結(jié)合能、作用半徑等）和動力學基本參數(shù)（擴散機制、擴散激活能以及擴散系數(shù)等），該數(shù)據(jù)可以作為更高時間和空間尺度計算模擬的輸入?yún)?shù)（如蒙特卡洛，速率理論等）�；谙嚓P(guān)數(shù)據(jù)進一步考察溶質(zhì)與點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)與點缺陷相互作用的規(guī)律，即具有較大電負性的溶質(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散速率間的差異，促進輻照誘導點缺陷的復合，提高材料的抗輻照性能，該推測解釋了近期部分實驗現(xiàn)象。最后根據(jù)計算模擬數(shù)據(jù)并結(jié)合近期實驗結(jié)果，討論了目前比較典型的合金元素Re、Os、Ta、Ti、V對輻照損傷和氫滯留的影響，對比分析表明，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)計提供了新思路。
上述研究工作得到科技部國際熱核實驗堆（ITER）計劃專項、國家自然科學基金委和中國科學院的支持。
