由于核聚变装置中结构与功能材料需要长时间工作在极其恶劣环境中，如面对等离子体材料（PFM）不断受到来自等离子体的各种粒子的轰击、高热负荷沉积、瞬态高能量冲击、以及电磁辐射和电磁力等的复杂作用，这不仅会造成材料的辐照效应和损伤，导致缺陷的产生、迁移和聚集，引起表面和基体的变坏，从而严重影响到装置安全运行。所以，核聚变装置对材料性能提出了非常高的要求，不仅要求材料具有好的机械稳定性和热稳定性，还要求材料具备好的抗辐照损伤、抗氦/氢脆化以及腐蚀等的能力。聚变离子体与壁相互作用是是聚变堆安全、稳定、长期商业化运行能否成功的关键科学与工程问题之一，也是极具挑战性的难点问题。
 
      一、研究平台建设：
      现有磁约束装置中获得的大量数据结合模拟实验及数值分析获得的结果对于我们认识等离子体与材料的相互作用过程有很大帮助。但是，现有聚变装置的工作环境与将来的聚变堆极端环境仍有较大差距，所以开展理论模拟和利用非聚变装置模拟聚变等离子体与壁相互作用是重要的研究手段。而研究平台的建设是实验室在该领域能够系统持续地开展研究工作的基础。在国家磁约束聚变研究专项的支持下，本实验室在聚变离子体与壁相互作用方面建立了多个实验与理论研究平台。
      1、高密度等离子体发生装置平台。该平台可产生辐照通量为10²¹m^-2s^-1的等离子源，在此平台可以开展强束流等离子与材料表面的相互作用。

      3、材料辐射损伤的计算机模拟平台。开展理论模拟工作的核心是软件。本实验室针对材料辐射损伤研究，采用基于图形处理器（GPU）的并行计算技术，开发出一套有自主知识产权的分子动力学模拟及数据分析程序包（MDPSCU）以及可视化软件VisAtom。在同样的计算成本条件下，使模拟计算速度大大提高，在本实验室可以开展过去只能在超级计算机上才能开展的工作。

      二、物理和材料研究
      1、聚变堆面向等离子体材料钨钾合金的辐照损伤行为
      钨基合金是极具潜力的PFMs候选材料之一。我们通过对W-K合金进行晶粒/钾泡细化，并对其合金成分进行优化，制备出了具有旋锻钨丝所特有的纳米钾泡结构，并发现其抗质子辐照和抗等离子体辐照损伤行为较纯钨显著提高，进一步改善了抗辐照、抗刻蚀性能。在质子注量为3.0×10¹⁷H⁺/cm²条件下，纯W表面发生非晶化，而钨基合金的辐照损伤显著；钨基合金基础上进行Ti掺杂后，其抗质子辐照损伤行为提高10倍以上。钨钾合金中添加0.05％Ti、Y后，在低能高密度He等离子体（温度900 ^oC，注量～10²¹ He/cm²）辐照下，其He等离子体辐照导致的 “绒毛”厚度远小于纯钨。在热冲击性能方面，W-K优化体系也优于纯钨体系的0.3GW/m²的开裂阈值，并与国际上已报到的最优结果相当。
      该系列研究结果表明，W-K合金优化体系抗质子、等离子体和热冲击综合服役性能优良。初步材料制备相关研究结果已经在聚变材料领域主流期刊上发表（J. Nucl. Mater., 2013, 440, 414–419; Fusion Sci. Technol., 2014, 66, 278），部分数据正在分析整理中，有望在国际高水平杂志上发表。      
      2、氦与钨材料相互作用的理论模拟研究
      钨是目前聚变堆壁材料的第一候选材料。聚变堆堆中钨，特别是偏滤器上的钨瓦要经受高注量的聚变产物-氦的轰击。利用本实验室建立的理论模拟平台，我们构建了模拟需要的钨-钨和钨-氦相互作用势，对高注量氦在钨表面的反射、驻留、扩建、聚集以及纳米氦泡的形成及力学性质进行了系统性研究。这些工作已在聚变材料领域主流期刊上发表。其中，我们开发的钨-钨势还被美国国家标准局的相关数据库收录（ http://www.ctcms.nist.gov/potentials/）。

三、聚变堆中等离子体-材料相互作用相关文章：

 2015年
1.Effects of temperature and surface orientation on migration behaviours of helium atoms near tungsten surfaces
Xiaoshuang Wang, Zhangwen Wu, Qing Hou*， J. Nucl. Mater. 465 (2015) 455e463
2. Effect of cumulative helium bombardments on the surface and structural properties of tungsten
Min Li, Jiechao Cui, Jun Wang, Qing Hou*，Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 352 (2015) 92–95
3. Molecular dynamics study of helium bubble pressure in tungsten
Jiechao Cui,  Min Li, Jun Wang, Qing Hou*，Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 352 (2015) 104-106

2014年
1. Molecular dynamics simulations of cumulative helium bombardments on tungsten surfaces
Min Li, Jiechao Cui, Jun Wang, Qing Hou*，Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 337 (2014) 45–54
2. A modified W–W interatomic potential based on ab initio calculations
J Wang, Y L Zhou, M Li and Q Hou*, Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 22 (2014) 015004 (14pp)
3. Molecular dynamics simulations of the diffusion and coalescence of helium in tungsten
Y.L. Zhou, J. Wang, Q. Hou*, A.H. Deng, J. Nucl. Mater. 446 (2014) 49–55

2013年
1. Molecular dynamics simulations with many-body potentials on multiple GPUs—The implementation, package and performance
Qing Hou*, Min Li, Yulu Zhou, Jiechao Cui, Zhenguo Cui, Jun Wang, Computer Physics Communications 184 (2013) 2091–2101
2. Preparation and characterization of potassium doped tungsten
Xiaoyan Shu, Haixin Qiu, Bo Huang, Zexing Gu, Jijun Yang, , Jiali Liao, Yuanyou Yang,
Ning Liu, Jun Tang,*  J. Nucl. Mater., 2013, 440, 414–419
3. A molecular dynamics study of helium bubble formation and gas release near titanium surfaces
B.L. Zhang, J. Wang, M. Li, Q. Hou*, J. Nucl. Mater. 438 (2013) 178–182
4. Radiation damage of tungsten surfaces by low energy helium atom bombardment – A molecular dynamics study
Min Li, Jiechao Cui, JunWang, Qing Hou*, J. Nucl. Mater. 433(2013)17-22

2012年
1. Atomistic simulations of helium behavior in tungsten crystals
JunWang, Yulu Zhou, Min Li, Qing Hou*, J. Nucl. Mater. 427(2012)290-296
2. Molecular dynamics studies of temperature effects on low energy helium bombardments on tungsten surfaces
Min Li, Jun Wang, Qing Hou*, J. Nucl. Mater. 423(2012)22-27