Volfram (W) je eden od glavnih kandidatov za uporabo kot material v stiku s plazmo v prihodnjih fuzijskih reaktorjih tipa tokamak, saj ima dobre visokotemperaturne lastnosti in nizko naravno zadrževanje vodikovih izotopov (VI). Žal se bo v fuzijskih reaktorjih zadrževanje VI povečalo za več redov velikosti, saj se bodo le-ti ujeli v mrežnih poškodbah, ki jih bo povzročilo obstreljevanje materiala s 14-MeV nevtroni, ustvarjenimi v fuzijski reakciji. Ponavadi so za namen raziskav povezanih z zadrževanjem VI, uporabljeni MeV W ioni, ki ustvarijo mrežne poškodbe, ki so nato izpostavljene devteriju (D). Rezultate takšnih eksperimentov lahko opišemo z makroskopskimi enačbami (MRE) transporta in ujemanja D v mrežnih poškodbah. To omogoči kvantifikacijo osnovnih parametrov interakcije med VI in W.
Nedavno izvedeni eksperimenti, v katerih je poškodovanje materiala potekalo ob prisotnosti D, nakazujejo, da prisotnost D poveča količino nastalih mrežnih poškodb. Kljub temu, da so v literaturi na voljo MRE simulacije predstavljenih eksperimentalnih rezultatov, so bili poskusi opisa tako imenovane stabilizacije zaradi prisotnosti D le delno uspešni.
Z namenom opisa eksperimentov, ki preučujejo stabilizacijo poškodb ob prisotnosti D, smo nadgradili obstoječ model nastajanja mrežnih poškodb. Nadgradnja združuje dobro poznane procese nastanka poškodb ter kinematiko transporta in ujemanja VI v materialu. Nadgrajen model nastanjanja in stabilizacije poškodb smo vključili v obstoječo MRE kodo MHIMS-R. Porast količine nastalih mrežnih poškodb model opisuje s tako imenovanim stabilizacijskim faktorjem. Nov model temelji na predpostavki, da imajo mrežne poškodbe, ki vsebujejo vsaj en VI, manjšo verjetnost za anihilacijo kot poškodbe brez ujetih VI.
Model smo najprej uspešno uporabili za opis dveh laboratorijskih eksperimentov iz literature. Pri prvem izmed eksperimentov je bil D v material uveden s predhodno izpostavitvijo, pri drugem pa hkrati z obstreljevanjem z W ioni. Kljub temu, da so bili v eksperimentih uporabljeni različni načini W-ionskega obstreljevanja in izpostavitve D, smo eksperimentalne rezultate uspešno opisali s podobnimi vrednostmi stabilizacijskega faktorja. Pridobljeno znanje smo uporabili za izvedbo dodatnih eksperimentov, s katerimi smo preizkusili podane napovedi modela. Ti vključujejo višje tokove W in D ter kombinacijo predhodne in hkratne izpostavitve materiala D v kombinaciji z obstreljevanjem z W ioni. Eksperimentalni rezultati so se večinoma dobro skladali z napovedmi modela. Vendarle pa opis eksperimenta z višjim tokom D ni bil popolnoma uspešen, saj podatki kažejo, da je stabilizacija poškodb odvisna od količine v njej ujetega D, kar v modelu še ni bilo vključeno. To dognanje je spodbudilo ustrezno posplošitev modela. Posplošitev je skladna z že izvedenimi simulacijami, prav tako pa omogoča uporabo modela za širši nabor tokov delcev W in D ter na širšem temperaturnem področju.
Izvedli smo tudi eksperiment, ki je preučeval vpliv prisotnosti D na evolucijo mrežnih poškodb ob visokih temperaturah materiala. Eksperimentalni rezultati so pokazali na kvečjemu šibek vpliv D. Za opis rezultatov je bila znova uporabljena MHIMS-R koda, ki je s simulacijo eksperimentalnih rezultatov omogočila določitev obnašanja posameznih tipov mrežnih poškodb pri posameznih temperaturah materiala (300-800 K). S pomočjo rezultatov simulacije smo razvili model evolucije poškodb tipa vrzeli in skupki vrzeli.
|