聚变堆材料研究是一项极具挑战性和紧迫性的研究课题。钨(W)材料作为将来聚变堆的面对等离子体材料(PFM)已经比较明确,国家大科学工程先进超导托卡马克装置EAST和建设中的国际热核实验堆ITER对强辐照条件下W材料相关数据的需求非常紧迫,世界聚变界正在大力开展相关研究。围绕EAST和ITER中重要的PFM研究课题,本课题将采用原子层次的分子动力学计算方法和BOP势函数,研究碳(C)、氢(H)和W材料相互作用的物理机制以及在等离子体辐照下W材料的结构与性能的变化规律及其机制。主要研究内容包括粒子在材料表面的反射、在材料体内的滞留、粒子辐照造成的表面效应、材料点缺陷的能量学计算等几个方面。　　 在0.5-200 eV的入射能量范围内,C和H在W(001)表面的反射系数都是先随着入射能量的增加而增加,在10 eV左右达到最大值,然后随着能量的升高而递减。最大反射系数处的入射能量值和W(001)表面稳态吸附原子的吸附势垒相关。粒子的入射角度,材料的表面结构等都对反射系数有一定的影响。　　 在较低的能量状态下(10 eV以下),未被反射的C原子吸附在表层原子附近；继续增加粒子的入射能量大于10 eV时,粒子有一定的几率越过表面势垒与体内迁移势垒从而进入晶格内部,并且随着粒子入射能量不断增加,粒子进入晶格内部的几率就越大,投影射程也相应增大,射程分布的离散性增加。粒予累积注入到W晶格内以后,随着入射粒子能量的增加,粒子注入区域的体积增加,同时注入区域的晶体结构的无序度增加,在注入区域内品格缺陷形成并聚集。滞留在注入区域的C原子与最近邻W原子键合,形成了非晶结构的WC混合层。近表层的部分W原子在碰撞过程中获得了大于其表面束缚能的能量离开表面,成为溅射原予。在入射能量较高时(〉50eV),C原子在W体内的注入出现了沟道效应。沟道粒子在w体内的穿越深度(沟道长度)随着入射粒子能量的增加而增加。沟道粒子退道受到品格扰动影响,因此衬底的温度对沟道长度的影响非常明显。H原子因为半径小质量轻在W体内有更高的迁移活性,20 eV的入射H原子其沟道长度可以达到45 A。因此在低能情况下,W的晶格结构对H的滞留分布有非常重要的影响。　　 W晶格中的单空位形成能经过分子动力学计算为1.69 eV。空位迁移能的计算通过采用淬火分子动力学方法计算得到的值是1.84 eV,和实验值(1.6-2.0eV)相吻合。填隙C原子在八面体填隙和四面体填隙的形成能是分别是2.57 eV和2.91 eV,C原子更容易占据八面体填隙的位置形成稳定的填隙位型,在W晶格中的迁移能为0.6eV。填隙C原子的引入同时会使原来的晶格结构发生畸变。八面体填隙C原子和最近邻W晶格单空位之间有较强的结合能,大小为2.35 eV。但和次近邻W晶格单空位的结合能下降为0.041 eV。表明空位和填隙C原子之间的作用局限在最近邻附近,作用距离较短。填隙H原子在W晶格内八面体填隙和四面体填隙两种位置的形成能分别是-4.70 eV和-5.01 eV,H的同位素D,其形成能分别是-4.53 eV和-4.77 eV。这说明H(D)在bcc结构的W中,更容易占据四面体填隙的位置,H原子在W内的迁移能根据不同的迁移路径分别为1.02 eV和0.31 eV,结果和实验中的数据相吻合。