氢原子在第一壁材料铍表面散射行为的分子动力学模拟 scattering h atoms on first wall material be by molecular dynamics simulation.pdfVIP

第33卷第3期 核聚变与等离子体物理 V61．33．No．3 201 3年9月 NuclearFusionandPlasma Physics Sep．2013 文章编号：0254—6086(2013)03—0219—07 氢原子在第一壁材料铍表面散射行为 的分子动力学模拟 田树平1，曹小岗1，张静全2，潘宇东3，苟富均1 摘要：采用分子动力学方法模拟了H原子在Be表面的散射。模拟结果表明，在入射能量为l、3、5、7 和9eV时，H原子散射率随着入射角度的增加而增大。在垂直入射角度时，散射率随着入射能量增加而线性减 小。入射能量为leV时，所有氢原子为接触Be表面就发生散射；当入射能量为5eV时，垂直入射及45。入射的氢 原子中大约14．7％粒子注入到表面以下，而85。入射的氢原子则全部发生散射；当入射能量为9eV时，35．8％的 氢原子在表面向下l、2层原子间发生散射，且能量越大，入射的深度越深。此外，还分析了散射氢原子密度分 布和平均能量分布随散射角的变化关系。 关键词：分子动力学；Be；散射率；散射角 中图分类号：TL62+7 文献标识码：A 1 引言 在600～800之间时，比相同条件下其他入射角轰击 铍是ITER装置中第一壁候选材料【1～7】，其优点 是开放多j=L性、低原子序数、优异的吸氧能力、高 计算了D与Be样品的相互作用【4】，模拟结果表明， 导热性、与H不发生化学反应、中子倍增能力强、 溅射产物铍原子能量分布与入射D粒子能量无关。 氢同位素在铍里的滞留量及溶解度很低p11】。但反 孙伟中等人利用分子动力学研究了c+轰击铍过程 应腔室中逃逸出的H及同位素原子轰击到铍材料 中Be的溅射[7】，结果表明Be原子的溅射产额随入 表面时，铍材料的结构、性能及使用寿命将受到影 射粒子能量增加而线性增加；在入射初始阶段Be 响，因此有必要研究H及同位素与Be的相互作用。 的溅射产额率随入射粒子能量的增加而增加，当 当载能氢粒子轰击Be样品时，将自身携带的 C+离子的入射剂量为o．8x 部分动能传递给铍原子，可能引起Be原子发生溅 额率达到最大值，当c+离子注入剂量大于 射；入射粒子可能滞留在样品中或发生散射离开表 o．8x1016cm。2时，溅射产额率逐渐减少，趋于稳定。 面[1 入射粒子与样品相互作用过程中，部分入射粒 21。Bohdansky和Roth等人研究了Be作为壁材 料时的刻蚀状况[2，13】。他们的结果表明，当氢及同 子将发生散射，散射粒子返回腔室必将对等离子产 位素粒子轰击Be样品时，随入射粒子能量增加铍 生一定影响【121。但关于H在Be表面的散射行为研 原子的溅射产额增大；但是当入射粒子能量大于 究尚少，因此考察H在Be表面散射行为的微观机 100eV时，溅射产额会逐渐减小；当粒子入射角度制，对理解聚变堆中H及其同位素与第一壁材料 收稿日期：2012—12—03；修订日期：2013—04—15 科学基金 作者简介：田树平(1984一)，男，N)q冕宁人，硕士研究生，研究方向为等离子体与材料表面相互作用。 万方数据 核聚变与等离子体物理 第33卷 Be相互作用有重要意义。本文利用分子动力学方法 为础)叫1+手一万斋丽]，其中，厂一 研究H与Be的相互作用，主要探究H在Be表面 的散射行为。 d、h均为修正量。 表1给出了Be．Be、H—H、Be．H势能函数的值。 2 H与Be的相互作用