近日，课题组在聚变堆面向等离子体材料中辐照缺陷演化及其对氢同位素滞留行为影响研究方面取得重要进展，相关研究成果“Dynamic evolution of vacancy based on Object Kinetic Monte Carlo and its influence on hydrogen isotope retention behavior”发表于核材料领域知名期刊《Journal of Nuclear Materials》。

在未来聚变堆中，钨（W）作为关键面向等离子体材料，会承受高能中子和等离子体轰击，产生大量辐照诱导缺陷。这些缺陷（尤其是空位及其团簇）成为氢同位素（如氘、氚）的优先捕获位点，显著增加燃料滞留，影响聚变堆氚自持循环与材料服役寿命。为深入揭示空位缺陷的动态演化行为及其对氢滞留的影响机制，课题组采用Object Kinetic Monte Carlo（OKMC）模拟方法，系统研究了钨中空位型缺陷在重离子辐照及不同温度退火过程中的演化规律，并关联其对氘滞留与解吸行为的影响。

研究首先通过OKMC方法构建缺陷演化模型，成功模拟了重离子辐照损伤以及氢同位素注入/解吸动力学过程。模拟结果与实验数据高度吻合，验证了模型在研究氢—缺陷相互作用方面的有效性。研究进一步发现，空位团簇的演化具有明显的温度依赖性：低于700 K时，空位团簇通过复合与解离过程维持动态平衡；高于700 K时，缺陷迁移能力显著增强，引发微结构重组与团簇合并。热解吸谱（TDS）分析表明，不同尺寸的空位团簇对应不同的氘解吸特征：小团簇（V₁–V₅）表现为单阶段解吸，而大团簇（V＞10）则呈现双峰解吸特征，反映其分步去捕获机制。随着退火温度升高，解吸峰向高温区移动，体现出不同团簇构型的热稳定性差异。本研究揭示了空位团簇演化与氢滞留之间的定量关联，阐明高温退火促进团簇粗化从而减少滞留位点的机制。该工作为面向等离子体材料中燃料滞留行为的预测与性能优化提供了理论依据与模拟基础。

本文研究由合肥工业大学、湖南大学、中国工程物理研究院材料研究所、日本静冈大学合作完成，特别感谢湖南大学侯捷教授对本文工作给予的全方位帮助。研究获得国家磁约束核聚变能发展研究专项、国家自然科学基金、日本学术振兴会（JSPS）的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2025.156198