Д. В. Харьков графит в науке и ядерной технике г. Новосибирск 013 Монография

углероде 
Исходя из конструкции мишени, легко оценить, что за время работы 
~10 000 часов в углеродной пластине в области накопления дейтерия его 
концентрация в три раза превысит концентрацию атомов углерода, если не 
учитывать подвижность дейтерия. Поэтому, с целью оценки выхода 
(диффузии) дейтерия из области его накопления при торможении в 
материале мишени были проведены расчеты подвижности в графите и 

---

98 
аморфном углероде при рабочей температуре мишени ~1800
0
C. Расчеты для 
аморфного углерода проводились исходя из предположения о возможной 
аморфизации графита в области подвергающейся наиболее сильным 
радиационным повреждениям. 
В МД расчетах подвижности использовался потенциал REBO-2002 [100] 
параметризованный для расчетов систем C+H, включая возможность 
образования углеводородов. 
3.3.1. Постановка задачи 
В образец графита, содержащий ~30 000 атомов помещались 100 атомов 
водорода (дейтерия). Шаг интегрирования 0.1 фс. Поведение системы атомов 
водорода отслеживалось в течении 0.2 нс. Из анализа треков атомов водорода 
была вычислена их подвижность в заданных условиях. 
На рисунке 3.12. показан срез образца графита с внедренными атомами 
водорода (красные атомы). Из рисунка видно, что из-за слабой связи между 
слоями графита и высокой температуры слои подверглись искажению. 
Треки атомов водорода за время моделирования показаны на рис. 3.13. 
Рис. 3.12. 
Образец графита с внедренными атомами водорода (показаны 
красным цветом). 

---

99 
Рис.3.13. 
Треки атомов водорода в графите.
На рис. 3.13. справа показан участок трека одного атома водорода. 
Цветом отмечены времени – от красного (ранние моменты) к синему 
(поздние моменты). Характер диффузии следующий: атом довольно быстро 
движется в кристаллическом поле между соседними графеновыми слоями 
(участки траектории, отмеченные точками), в некоторые моменты 
образуются химические связи с атомами углерода, в связи с чем водород 
проводит относительно продолжительное время, фактически не перемещаясь 
относительно решетки («клубки»). Усредненное по всем атомам водорода 
расстояние между связанными состояниями ~1 нм. Время оседлой жизни 
~15 пс. Время свободного перемещения между связанными состояниями 
пренебрежимо мало по сравнению с временем нахождения в связанном 
состоянии. Смещения между связанными состояниями происходят в 
плоскости графеновых слоев.
3.3.2. Подвижность водорода в аморфном углероде 
Подвижность водорода в аморфном углероде значительно ниже, чем в 
графите. Фактически все время водород проводит в связанном состоянии, 
перемещения между связанными состояниями происходят на расстояние 

---

100 
соответствующее среднему межатомному состоянию в аморфном углероде. 
Перемещения происходят в случайном направлении. Время оседлой жизни 
~80 -100 пс. 
На рисунках 3.14, 3.15 показаны положения атомов водорода в решетке 
аморфного углерода и треки в всех атомов водорода за время 200 пс. 
Полученная информация о подвижности водорода при рабочей температуре 
мишени будет использована в дальнейшем для оценки скорости выхода 
водорода и материала мишени.