氢离子束对靶材料的溅射侵蚀数值模拟研究

论文摘要

强流离子束在近二十年的发展历程中显示出其应用的广泛性,本文基于核聚变反应堆的设计背景,分析了氢离子束与托卡马克第一壁材料的相互作用。随着社会的发展和我国在能源安全方面所遇到的严峻形势,聚变能作为一种新型能源越来越引起人们的广泛关注,是被全世界公认的唯一现实的可大规模替代常规能源的既干净又经济的现代能源。目前有中国、美国、欧盟、日本等世界主要核国家共同参与的国际热核聚变实验反应堆已于2006年在法国成立,在实验工程和理论研究方面取得了巨大的进展,但在几个关键技术问题上仍难以突破,本文所论述的关于强流离子束对靶材料的溅射侵蚀研究就是ITER计划中亟待解决的重点问题之一。载能离子束对靶材料的溅射侵蚀研究,通常可运用三种方法。首先,对低能离子适合运用分子动力学和量子理论来解决；其次,对于宏观尺度,离子束与靶材料的研究则需要运用流体力学理论；最后在本文中,我们基于两体碰撞理论,用Monte-Carlo方法模拟高能氢离子束与靶材料的相互作用。本文运用从德国引进的SDTrimSP程序,主要模拟了氢离子与不同靶材料的溅射侵蚀状况,给出了各自的入射深度、溅射系数、反射系数；同时还研究了在不同入射角度下氢离子对镍靶和碳靶材料溅射侵蚀的影响；描述分析了背散射粒子和反向溅射原子的能量分布状况；同时还对碳钨合成靶材料进行了初步的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 强流离子束介绍
• 1.2 强流离子束的研究意义
• 1.3 聚变能的研究历史和发展近况
• 1.4 论文内容及安排
• 2 强流离子束与第一壁表面的相互作用
• 2.1 ITER介绍
• 2.2 等离子体与托卡马克第一壁的相互作用
• 2.2.1 ITER中边缘等离子体中的分子原子过程
• 2.2.2 ITER中边缘等离子体与第一壁相互作用的物理基础
• 2.2.3 第一壁材料受边缘等离子体长期作用后的损伤
• 2.2.4 杂质输运
• 2.3 等离子体与托卡马克第一壁相互作用的物理模型
• 2.3.1 碰撞理论
• 2.3.2 渗透理论
• 2.3.3 注入理论
• 2.4 强流离子束的研究方法
• 3 数值模拟计算结果与讨论
• 3.1 镍靶材料溅射系数与反射系数的变化情况
• 3.2 不同角度轰击镍靶和碳靶材料引起的溅射侵蚀
• 3.3 背散射粒子和反向溅射原子的能量分布状况
• 3.4 碳钨合成靶材料的溅射侵蚀研究
• 3.5 含有碳杂质的入射氢离子对碳的溅射侵蚀
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢