连续碳纤维增强碳化硅材料除了具有碳化硅材料固有的低中子活化性能,低衰变热性能和低氚渗透性能等优点以外,还具有密度低、线性膨胀系数小、高比强度、高比模量、耐高温、抗氧化、抗蠕变、抗热震、耐化学腐蚀、耐盐雾、优良的电磁波吸收特性等一系列优异性能,是各类核工程重要的潜在候选材料。在核聚变工程应用领域,连续碳纤维增强碳化硅材料作为第一壁材料不可避免地会受到各种辐射粒子的影响。研究清楚这些辐射粒子对它的辐照效应对其在核工程领域的安全使用至关重要。采用蒙特卡罗方法与分子动力学方法进行模拟计算,研究了氕、氘、氚和氦四种粒子对连续碳纤维增强碳化硅的辐照效应。SRIM和LAMMPS计算结果表明:当入射原子能量为100 e V,连续碳纤维增强碳化硅中碳的浓度在80%～85%时,氕、氘、氚和氦原子的溅射率存在最小值;入射粒子的种类对溅射率的影响显著,氦原子的溅射率大于氘原子和氚原子,而氘原子和氚原子的溅射率相差不大但均显著大于氕原子;溅射率随入射能量的增加先迅速增加后逐渐减小,氕、氘、氚和氦原子入射能量分别在200,400,600和800 e V时存在溅射率最大值;当氦原子入射能量为100 e V时,溅射率随入射角度的增加而逐渐减少。这些结果对连续碳纤维增强碳化硅材料在核工程上的应用具有一定的参考意义。
采用广义梯度近似(GGA)的第一性原理计算方法分别对CsI、(CsTl)I2和(CsNa)I2晶体的能带结构、态密度和光学性质进行了计算。计算得到:掺杂后CsI的晶体体积有所减小,且掺入Tl时减小更为明显;CsI、(CsTl)I2和(CsNa)I2晶体的带隙分别为3.664 e V、2.752 e V和2.735 e V,这是因为掺杂使原来的禁带中增加了一些激子带,表明掺杂后电子从价带跃迁到导带所需要的能量更小;从态密度的分布情况来看,掺杂后导带宽度都有所增加,靠近费米能级处的峰值宽度都增大,而且Tl掺杂会在靠近费米能级的价带中增加一个小峰,这些现象表明掺杂能使晶体能在受到同样的辐照时会产生更多的闪烁光子;CsI、(CsTl)I2和(CsNa)I2的光学吸收系数分别在光子能量小于3.7 e V、2.7 e V和2.5 e V的范围内为零,说明对处于该能量范围内的光子来说,晶体是透明的,不会发生吸收。虽然掺杂使CsI的吸收边发生了红移,但是整体对低能可见光子的吸收减少。因此,掺杂Tl,Na会使闪烁体的探测效率增加。本文的研究工作为CsI发光机理研究提供理论依据,也为CsI掺杂的理论研究提供参考。
