EAST面对等离子体材料的分子动力学模拟
我国等离子体领域成就和专家
我国等离子体领域成就和专家1——全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），有“人造太阳”之称，其运行原理就是在装置的真空室内加入少量氢的同位素氘或氚，通过类似变压器的原理使其产生等离子体，然后提高其密度、温度使其发生聚变反应，反应过程中会产生巨大的能量。
2006年9月28日，世界上首个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置首轮物理放电实验取得成功，标志着中国站在了世界核聚变研究的前端。
2016年2月，中国EAST物理实验获重大突破，实现在国际上电子温度达到5000万度持续时间最长的等离子体放电。
2018年11月12日，从中科院合肥物质科学研究院获悉，EAST实现1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破。
2021年5月28日，全超导托卡马克核聚变实验装置创造新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，将1亿摄氏度20秒的原纪录延长了5倍。
12月，全超导托卡马克核聚变实验装置度开机运行。
12月30日晚，全超导托卡马克核聚变实验装置实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，这是目前世界上托卡马克装置高温等离子体运行的最长时间。
2023年4月12日21时，全超导托卡马克核聚变实验装置创造新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。
专家——吴征威在公共卫生健康领域，他将等离子体技术应用于消毒灭菌，开发出多款康复辅助产品，在解决环境安全、公共卫生、食品保鲜等疑难课题方面取得了显著成绩。
等离子体可以在短时间内杀灭各类细菌、真菌、霉菌等微生物。
利用这一技术，能够高效的形成相对洁净的空间，根据需求快速部署，尤其在自然灾害或重大伤亡事故发生时，此类装备能够在帐篷、车辆、建筑内迅速建立起初级卫生防疫系统。
他主持开发的“便携式等离子体杀菌装置”已形成样机，有望成为一种替代性的物理除菌方法。
此外，他与同事们一起利用等离子体技术对传统的骨科材料进行处理，获得了更安全、生物相容性更好、具有部分自清洁功能的生物医学材料。
熔点与分子动力学模拟-概述说明以及解释
熔点与分子动力学模拟-概述说明以及解释1.引言1.1 概述熔点是指物质在常压下从固态转变成液态的温度，也可以理解为物质的凝固点。
熔点是物质性质的重要指标之一，它可以反映物质的热稳定性、纯度以及晶体结构等方面的信息。
研究熔点对于了解物质的相变规律、性质改变以及制备过程等具有重要意义。
在过去的研究中，人们主要通过实验方法来测定物质的熔点，通过控制样品温度的升降和观察其状态变化来确定熔点的数值。
然而，随着计算机科学的发展和计算能力的提高，分子动力学模拟成为一种重要的工具，可以帮助我们更深入地理解熔点及其相关问题。
分子动力学模拟是一种基于牛顿力学原理和数值计算方法的计算模拟技术，通过对系统中个体分子的运动轨迹进行数值模拟，可以模拟和研究物质的宏观性质和微观行为。
通过分子动力学模拟，我们可以了解物质在不同温度、压力和组成条件下的相变行为，进而预测和解释物质的熔点、固态结构和热力学性质等。
分子动力学模拟在研究熔点领域具有广泛的应用。
通过模拟熔融态分子的相互作用、动力学行为和结构演化，我们可以深入研究不同材料的熔点特性，揭示熔点的微观机制和影响因素。
同时，分子动力学模拟还可以通过计算物质的结晶能障和熔化能量等参数，来预测和优化材料的熔点。
总之，熔点及其相关问题是物质科学与化学领域中一个具有重要研究价值的方向。
通过分子动力学模拟，我们能够更深入地理解熔点的本质和机制，为研究和应用材料的熔化特性提供理论依据和技术支持。
未来的发展方向是进一步提高分子动力学模拟的计算精度和模拟速度，开展多尺度的研究，探索更多具有实际应用价值的熔点相关问题。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下几点：本文总共分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要是对熔点和分子动力学模拟这两个关键概念进行概述和简要介绍。
这两个概念在材料科学和物理化学领域中具有重要意义，并且它们之间存在一定的关联。
同时，本部分还要介绍本文的结构，即正文和结论部分的内容概要。
EAST装置冷却过程设计及分析研究的开题报告
EAST装置冷却过程设计及分析研究的开题报告1. 研究背景EAST（Experimental Advanced Superconducting Tokamak）是中国自主研发的一台超导托卡马克核聚变实验装置，是世界上第一台采用综合双环真空室和超导实验技术的大型核聚变实验装置之一，其服务于我国核聚变研究和人类掌握核聚变能源的实现。
在EAST的操作过程中，由于大量的吸氦泵和超导磁体系统的存在，装置整体需要消耗大量的电能，因此冷却系统的设计是十分关键的。
2. 研究目的本研究旨在设计和分析EAST装置的冷却系统，以确保其能够在安全、高效的工作状态下运行。
具体目标如下：（1）设计EAST装置的冷却系统，包括吸氦泵、超导磁体等的冷却系统；（2）对EAST冷却系统的传热机理进行研究和分析；（3）通过分析和计算，优化冷却系统的设计，提高其效率和可靠性。
3. 研究内容（1）EAST装置冷却系统的设计通过对EAST装置的结构和工作原理进行分析，确定吸氦泵、超导磁体等的冷却系统的设计参数，包括冷却介质、流量、压力等方面。
（2）传热机理的研究和分析对EAST装置冷却系统的传热机理进行深入的研究和分析，包括传热方式、传热系数、传热表面等方面，以确保冷却系统具备良好的传热性能。
（3）优化冷却系统的设计通过计算和模拟，对EAST装置冷却系统进行优化，包括冷却系统参数的调整、流动动力学模拟等方面，以提高冷却系统的效率和可靠性。
4. 研究方法（1）文献调查法通过查阅相关文献，了解EAST装置的结构和工作原理，以及冷却系统设计的基本原则和方法，为后续的研究提供理论基础和参考。
（2）数值计算法通过建立相关的数学模型，利用数值计算软件对EAST装置冷却系统进行计算与分析，包括流动、传热等方面，以实现优化冷却系统设计的目的。
（3）实验研究法通过对EAST装置实际运行过程的监测和实验数据的分析，验证数值计算模型的准确性和可靠性。
5. 研究意义本研究将为EAST装置的冷却系统设计和研究提供参考和指导，有利于提高EAST装置的效率和可靠性，为我国核聚变研究和核能技术应用的发展做出贡献。
EAST电子回旋共振加热效果的数值模拟和分析
效果。本文针对ＥＡＳＴ装置的典型放 电参数 ，利用 综合性输运程序ＣＲＯＮＯＳ对不 同参数下 的电子 回 旋 加热效 果进 行 了一 系列 的计 算分 析研 究 。
２ ＥＡＳＴ ＥＣＲＨ系统 主 要 参 数
ＥＡＳＴ是 具 有 非 圆 截 面 的 全 超 导 托 卡 马 克 装
置 ，其典型的等离子体参数为Ｒ＝Ｉ．８５ｍ、ａ＝０．４５ｍ、
子和动量随时间的演化 。计算的区域从最外闭合磁
面（ＬＣＦＳ）￣Ｏ等离子体中心。ＣＲＯＮＯＳ程序 中对 电子
收 稿 日期 ：２０１７—０４—０６；修 订 日期 ：２０１７—１２—２７ 基金项 目：国家磁 约束核 聚变能发 展研 究专项（２０１５ＧＢ１０２０００，２０１５ＧＢ１０２００３）；国家 自然科学基金（１１３０５２１１，１１６７５２１４， １ １ ７７５２５９）；中央高校基本科研业务 费专 项（ＪＺ２０ １ ５ＨＧＢＺ０４７２） 作者简介 ：韦维（１９７９一），女 ，广西宜州人 ，博士 ，讲师 ，从事等离子体物理及射频波加热和 电流驱动研究 。
旋 管 ，每 支 回旋管 的输 出功 率为 １ＭＷ ，４ＭＷ的微
波功率通过弱场侧水平窗 口注入等离子体 。 ＣＲＯＮＯＳ【９］是 法 国 原 子 能 委 员 会／磁 约 束 核 聚
变 研 究所 （ＣＥＡ—ＩＲＦＭ）开发 的综 合性 输 运 程 序 。它
的核心是求解输运方程 ，计算包括 电流 、温度 、粒
第 ３８卷 第 ２期 ２ ０ １ ８年 ６月
核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理
Ｎｕｃｌｅａｒ Ｆｕｓｉｏｎ ａｎｄ Ｐｌａｓｍａ Ｐｈｙｓｉｃｓ
文章编号 ：０２５４－６０８６（２０１８）０２－０１４４－０８ ＤＯＩ：１０．１６５６８８．０２５４．６０８６．２０１８０２００４
入射能量对H2 +与SiC表面相互作用影响的分子动力学模拟
摘 要 ：用分子动力学方法研究了入射能 量对 Ｈ ￣ ＳＣ样品表面相互作用的影响。模拟结果表明 ，在 Ｈ ２与 ｉ 轰击 ＳＣ样品表面的初始阶段 ，样品中 Ｈ原子的滞留量增加较快 ，其后 ，增加的速率减慢 ，并逐渐趋于饱和 。 ｉ 入射能 量越大 ，样品中 Ｈ原子的滞 留量也就越大 。样品在 Ｈ２ 的轰击下 ，样品 Ｓ 、 ｉ Ｃ原子会发生刻蚀。入射能量
越大 ，ｓ 和 Ｃ原子 的刻蚀量越 大。在相同入射能量下 ，ｓ 原子的刻蚀量大于 Ｃ原子。生成的产物中 ，以 Ｈ，Ｈ， ｉ ｉ
和 ｓ｝ 为主 ；产物 Ｈ 的量随着能量的增加而减小。其他产物随着入射能量 的增加而增加。 ｉ４ ｛ ２ 关键词 ：分子动 力学 ；入射能量；滞留 Ｈ原子 ；刻蚀
中 图分 类 号 ：Ｔ ６ Ｌ ２７ 文 献 标 识 码 ：Ａ
中掺杂 ｓ 能有效地提高面向等离子体材料的寿命。 ｉ
本 文 将 用 分 子 动 力 学 的方 法 模 拟入 射 能 量对
Ｈ Ｓ 样品表面相互作用的影响，从而了解它 ２ 与 ｉ Ｃ
们之 问的 相 互 作 用机 制 以及 入射 能 量对 作 用 过程 的影 响 。
确定性使得提高面向等离子体材料的性能和使用 寿命变得困难 ， 影响了核聚变装置的研究进展【 】 Ｉ 。 ’
的溅射 ， 并且 ｃ的化 学溅射 量最 小 。即 ， Ｃ材料 在
能会形成易挥发的化合物（ 、 ｉ 、 ｉ ￣ ： 删。 ｃ Ｓ Ｓ ＣＨ） ｘ， 如果这些化合物进入等离子体中， 会污染等子体。 在 目前情况下， 用实验的方法获得等离子体与壁材
料 的相互作 用的微观机 制 比较 困难 。作 用机制 的不
１ 引言
聚变装置 中面向等离子体材料处在极端 的辐
等离子体lammps分子动力学固氮
等离子体lammps分子动力学固氮等离子体在物理学和化学领域中具有广泛的应用，其中之一就是固氮。
固氮是一种重要的化学反应，可以将空气中的氮气转化为可用于植物生长的氨化合物。
在过去的几十年中，科学家们一直在寻找更高效、更环保的固氮方法。
最近，等离子体lammps分子动力学在固氮领域取得了一些令人振奋的进展。
Lammps是一种分子动力学模拟软件，可以用于模拟和研究原子、分子和离子之间的相互作用。
通过使用Lammps，科学家们可以模拟等离子体条件下的固氮过程，并研究其中的物理和化学机制。
在等离子体lammps分子动力学模拟中，首先需要建立一个包含氮气和反应物的初始系统。
通过设置适当的参数和初始条件，可以模拟出等离子体环境下的固氮反应。
然后，使用Lammps的计算功能，可以计算出系统中各个粒子的位置、速度和能量等信息。
通过模拟和计算，科学家们可以研究固氮反应的动力学过程。
他们可以观察到氮气分子在等离子体场中的行为，了解其与反应物之间的相互作用。
他们还可以研究等离子体场对反应速率的影响，并探索如何优化固氮过程。
等离子体lammps分子动力学模拟还可以帮助科学家们预测和设计新的固氮催化剂。
通过模拟不同材料的性质和反应活性，他们可以筛选出最有效的催化剂，并进一步优化其性能。
此外，等离子体lammps分子动力学模拟还可以帮助科学家们解释实验观测到的现象。
通过对实验数据和模拟结果进行比较，他们可以验证模拟方法的准确性，并进一步改进模型。
总之，等离子体lammps分子动力学在固氮领域具有巨大的潜力。
通过模拟和计算，科学家们可以深入了解固氮反应的机制，并为实验设计和催化剂开发提供指导。
相信在不久的将来，等离子体lammps分子动力学将在固氮领域发挥更加重要的作用。
流体-等离子体化学模型
流体-等离子体化学模型
流体-等离子体化学模型是一种数学模型，用于描述等离子体与流体之间的相互作用和化学反应过程，应用于等离子体材料加工与应用等领域。
该模型通常包含两个部分：流体方程和等离子体方程。
1. 流体方程：
流体方程通常用于描述气体和液体的运动和变形。
它包括了质量、动量、能量等守恒方程，并加入了液体和气体特有的参数，如密度、速度、温度等。
这些方程通常用来模拟物体与流体之间的相互作用。
2. 等离子体方程：
等离子体方程用于描述等离子体的行为和化学反应过程。
等离子体方程通常包括能量守恒方程、扩散方程、辐射传输方程等。
在等离子体模型的框架下，电子与原子分子之间的化学反应及其能量转移可以用不同的数学模型进行描述。
这种模型有着广泛的应用，如在太阳物理学、等离子体冶金、半导体加工和空气动力学等领域。
通过使用流体-等离子体化学模型，可以在不同情况下精确地模拟等离子体和流体之间的相互作用、相变过程和化学反应，并对这些过程进行预测和优化，以实现组分选择，设备设计，工艺控制等应用。
等离子体lammps分子动力学固氮
等离子体lammps分子动力学固氮（原创实用版）目录1.等离子体与 LAMMPS 简介2.分子动力学在固氮研究中的应用3.等离子体 LAMMPS 分子动力学固氮的优势与挑战正文1.等离子体与 LAMMPS 简介等离子体是一种由带正电荷的离子和带负电荷的电子组成的物质形态，广泛存在于宇宙中。
在等离子体中，电子和离子之间存在电磁相互作用，使其具有一定的导电性和磁性。
等离子体在许多领域具有潜在的应用价值，如材料科学、能源和环境等。
LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一款在大规模并行计算机上模拟原子/分子系统的开源软件。
它通过分子动力学方法模拟材料的微观结构和性质，为材料科学、纳米技术等领域的研究提供了有力支持。
2.分子动力学在固氮研究中的应用分子动力学是一种基于统计力学的计算方法，可以模拟系统中分子的热运动，从而揭示分子之间的相互作用和动力学行为。
在固氮研究中，分子动力学主要应用于模拟氮分子在特定环境下的吸附、扩散和转化等过程，以揭示固氮机理和优化固氮催化剂。
3.等离子体 LAMMPS 分子动力学固氮的优势与挑战等离子体 LAMMPS 分子动力学固氮结合了等离子体的导电性和分子动力学的模拟能力，为固氮研究提供了新的研究手段。
其优势主要表现在：（1）模拟效率高：等离子体 LAMMPS 分子动力学固氮可以在大规模并行计算机上运行，显著提高模拟效率。
（2）模拟精度高：LAMMPS 软件具有高度优化的算法和参数设置，能够较为准确地模拟固氮过程中的物理和化学现象。
然而，等离子体 LAMMPS 分子动力学固氮也面临一些挑战，如：（1）系统复杂性：固氮过程涉及多种气体分子和催化剂之间的相互作用，模拟系统的复杂性较高，需要优化算法以提高计算效率。
（2）理论模型的局限性：分子动力学模拟依赖于分子间相互作用力的计算，而这些相互作用力的理论模型可能存在局限性，导致模拟结果的误差。
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2019/1/2
10
非晶W的MD模拟
ASIPP
非晶胞模拟过程:
g(r)
初始结构：bcc晶态W元胞，密度为19.25 g/cm3, 三个方向施加周期性边界条件
系统在300K室温下平衡10个ps后，升温至 4000K
在4000K融化状态下保持200ps
将元胞冷却至300K，冷却速率为40K.ps-1 在300K下平衡50ps
2019/1/2
2
人类能源危机与聚变能研究进展
ASIPP 能源需求日益增大
传统能源：化石燃料，存量有限，并带来严峻环境问题 替代能源：太阳能、生物能、风能等产量与效率很低 裂变能：铀储量有限，核废料造成的环境和安全问题 聚变能：受控核聚变将为人类提供终极理想清洁能源
磁约束等离子体与托卡马克热核聚变装置
两种辐照模拟：非累计型模拟和累计型 模拟。
2019/1/2 12
表面损伤
ASIPP
表面损伤：损伤程度随着入 射能量的升高而增加。其表 征参数为对函数分布函数。 表面损伤的机理：动能释放 与晶格碰撞。
50个入射C原子在表面的堆积情 况与入射能量的依赖关系 （a)1 eV (b) 5 eV (c) 10 eV (d) 50 eV (e) 100 eV (f)200 eV *red balls represent the C atoms *black ones represent W atoms.
达到的目标：
运用MD方法，研究H、C和W材料相互作用的物理机制 W在等离子体辐照下材料本身结构与性能的变化规律及其机制 了解W材料在EAST和ITER中应用的物理基础，为聚变PFM的设计和应用提供 参考依据
2019/1/2
9
主要内容
ASIPP
研究背景
研究方法
研究目标
论文进展情况 存在问题与改进措施
Z: 最近邻数 q: 每个原子的价电子数 b: 健级(bond order) Vrep(r): 紧邻原子间排斥力 Vatt(r): 引力函数
修订Brenner势：Juslin等对的CH势进行改造，并重新计算拟合了 W-W，W-C和W-H之间的参数设置，有效模拟H和CH与金属 W之间的相互作 用 用于包含多元材料的不同性质，如表面，缺陷，融化性质等
ITER cutaway
2019/1/2
Bird view of EAST
3
聚变能领域W材料的应用
ASIPP
钨（W）材料优良特性
高熔点 低物理溅射率和高溅射阈能 不与氢发生化学刻蚀以及低的H滞留 方便用喷涂方法进行大规模生产
钨（W）材料在聚变装置中的应用
2019/1/2
2019/1/2 11
模拟元胞初始化
ASIPP
表面模拟：X和Y方向施加周期性边界条 件。最底三层原子保持固定模拟为衬底。 温控：衬底以上已经四个侧面的三个原 子层内施加温控条件。 初始位置：入射原子在元胞外势函数截 断距离之外，非温度控制区域以上作为初 始位置。随机改变原子的入射位置，进行 统计。 初始动能：改变原子的入射动能，研究 能量依赖关系。入射粒子的能量分为两种， 一种是固定动能，另外一种就是载能粒子 的能量服从麦克斯韦分。 初始角度：改变原子入射角度，研究角 度依赖关系。 元胞温度：改变元胞温度，研究衬底温 度依赖关系。选择模拟的步长。
2019/1/2
6
BOP势函数 (Bond Order Potentials)
ASIPP
BOP势：表述具有不同化学键和 不同结构材料中的原子间相互作 用进行 Brenner势：用于不同的C或者 CH系统，可描述纯C结构材料和 CH分子以及键合和键断等动力学 效应
1 Z Ei qVrep (r ) bVatt (r ) 2 j 1
4
主要内容
ASIPP
研究背景
研究方法
研究目标
论文进展情况 存在问题与改进
2019/1/2
5
分子动力学在聚变材料中的应用
ASIPP
材料计算模拟：与理论和实验相并列的一个新的分支 分子ห้องสมุดไป่ตู้力学(Molecular Dynamics -MD)： 原理：根据量子力学等基本物理理论，建立物理模型，构造势函数，在 微观的分子和原子层面上对材料进行研究，预测材料服役行为
方法：建立一组粒子的运动方程，通过数值计算得到每个粒子在各时刻 的坐标与动量，求得相空间的运动轨迹，并用统计方法得到系统的静态 和动态特性，从而得到系统的宏观特性
核聚变研究的极端条件与特殊性：超高温、强辐照、强磁场等极端条件 下，等离子体与PFM的相互作用涉及到微观尺度和很短的时间尺度 分子动力学的应用：材料表面溅射、高能粒子的射程分布、材料的内部 辐照损伤，材料的熔化以及相变等
2019/1/2 7
主要内容
ASIPP
研究背景
研究方法
研究目标
论文进展情况 存在问题与改进措施
2019/1/2
8
论文的计划目标
ASIPP
主要研究内容：
采用MD方法对等离子体与W-PFM相互作用过程进行计算模拟研究 低能H粒子在W表面的反射和吸附，H在W体内的俘获等 C粒子在W表面的反射和吸附，体内的射程分布、沟道效应以及扩散行为等
ITER：第一阶段W用作偏滤器非靶板的PFM，最后实现全钨第一壁。 ITER后的堆型设计：全W的PFM成为共识 EAST：在3-5年实现主动冷却VPS-W/Cu-偏滤器 德国ASDEX-U：已实现全W第一壁 英国JET托卡马克：ITER-like Wall，W块材作为偏滤器的PFM 日本九州大学QUEST球马克：将PFM升级为W涂层材料
ASIPP 中期报告（2009-12-09）
钨面对等离子体材料的 分子动力学模拟
报告人：杨钟时 导 师：罗广南 研究员
主要内容
ASIPP
研究背景
研究方法
研究目标
论文进展情况 存在问题与改进措施
2019/1/2
1
主要内容
ASIPP
研究背景
研究方法
研究目标
论文进展情况 存在问题与改进措施
g(r)
5 (a) 4 3 2 1 0 20 (b) 15 10 5 0 2 4
W-W (amorphous W)
W-W (crystalline W)
r (Å)
6
8
10
晶态和非晶态W中的 W-W 对分布函数g(r) 第一紧邻位置和数值相似揭示非晶W的 的短程有序性。 第二紧邻位置偏移，更高级的近邻峰值 拓展或消失揭示长程无序。