徐海婷 吴喜军 刘 卫 谭 捷 杨 果 邓 柯 张铭军 钱 楠 彭志华

1（南华大学 数理学院 衡阳421001）

2（中国科学院上海应用物理研究所 上海201800）

核石墨作为中子慢化剂、反射层、燃料球包覆材料以及堆内结构材料被广泛应用于各型反应堆中［1］。反应堆中的核石墨除承受常规工程结构材料的负荷外，还需承受大剂量中子辐照，从而产生大量间隙原子并稳定存在于表面（称为吸附碳原子）或石墨片层之间［2］。间隙原子是从规则碳晶格点中被溅射出来沉淀在石墨层间或表面的点缺陷，因其存在未饱和的碳键，导致核石墨的性质活泼、结构多变［3-5］。近年来，研究人员利用第一性原理［6-7］或分子动力学方法［8-9］探索石墨中间隙原子的稳定结构，计算不同亚稳结构之间的能垒，如Zhou等［10］利用高温分子动力学（Molecular Dynamics，MD）和自适应动态蒙特卡罗（a Kinetic Monte Carlo，a-KMC）方法研究螺旋间隙原子在石墨片层内和层间的迁移与结合行为。有研究表明，间隙原子之间以及与石墨片层间的相互作用不可避免地会影响间隙原子的结构［11］，但其发生的内在机制尚不明确，深入研究间隙原子结构变化的内在机制，对确定核石墨寿命具有重要的参考意义。

综上所述，目前对核石墨层间间隙原子等点缺陷的迁移与结合行为的研究还很少，对核石墨间隙原子的构型与演化尚不十分明确。第一性原理计算方法仅需要微观体系中各元素的原子种类和排列，就能得出微观体系的一些性质，可计算材料结构参数和构型、状态方程和力学性质、电子结构、光学与磁学性质等［12］。……