科学岛一项新发现将助力可控核聚变 我国首次建立金属中纳米孔洞俘获氢的定量预测模型，或将用于“小太阳”
晨报讯 昨日，江淮晨报、江淮网记者从中科院合肥研究院固体物理研究所获悉，该所刘长松课题组吴学邦与麦吉尔大学宋俊合作，首次建立了体心立方金属中纳米孔洞氢俘获和聚集起泡的定量预测模型。相关研究成果有望应用于未来的“小太阳”全超导托卡马克核聚变实验装置的装甲中。
氢是宇宙中最丰富的元素，也是腐蚀的典型产物，其极易钻进金属材料的内部，导致材料损伤。合肥研究院研究人员采用基于密度泛函理论的模拟方法，在原子尺度上获得了精确的氢与纳米孔洞相互作用数据，并结合多尺度模拟方法，进行宏观尺度模拟，从而与实验结果进行对比验证。针对氢在不光滑纳米孔洞内壁上吸附问题，他们以体心立方金属钨为例，通过分析氢的运动轨迹，发现氢总是以单原子形式有次序地吸附在一些特定位置上，氢在复杂的孔洞内壁吸附规律可概括为五类吸附位点及相应的五个吸附能级，从而准确描述氢在不光滑纳米孔洞内壁上的吸附特性。
基于上述规律，研究人员建立了一个普适的定量模型，推导出一个简单的物理公式，总结出了纳米孔洞俘获氢的基本规律，从而解决了长期以来无法准确描述和预测氢在纳米孔洞中的结构与能量的基本问题。
此外，该研究建立的氢与纳米孔洞相互作用的定量物理模型，不仅为理解氢致金属材料损伤提供了寻求已久的关键认知，对设计新的抗氢损伤金属材料也意义重大。相关金属材料设计完成后，或将应用在未来的“小太阳”全超导托卡马克核聚变实验装置的装甲中，助力可控核聚变的实现。同时，将会在氢能源汽车以及航空航天等领域中发挥至关重要的作用。
晨报记者 刘畅司晨
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