Abstract Molecular dynamics simulations have been performed to study the effects of helium fluxes on helium cluster size underneath tungsten surfaces under bombardment of helium atoms with incident energy 30 ~ 100 eV at temperature 300 ~ 2100 K. The simulation results show that the helium cluster size depends on the magnitude of the helium flux: at a higher flux, the helium clusters on average form in smaller size in tungsten but with larger number; while the clusters form further away from the surface at a lower flux. The coalescence of He atoms and helium bubbles depends on the tungsten temperature: at elevated temperatures around 2000 K, the incident He atoms in tungsten slow down more rapidly than at 1000 K but the number of vacancies per He cluster is smaller. The incident energy has a strong effect on the retention of helium atoms: The helium retention rate increases with the incident energy, and the helium retention depends weakly on temperature in the low energy range of interest. It is also found that the surface orientation plays an important role not only in determining the depth distribution but also in determining the helium retention and cluster size: at the surface {1 1 0}, the retention rate of helium atoms is the lowest, and at the surface {1 1 1}, the clusters grow easily in the lateral direction. The present simulation results suggest that the {0 0 1} surface is favorable for fuzz growth. The results obtained in the present work provide insight to the reasons why the fuzz only grows within a certain parameter range at the atomic level.

中文翻译：

---

钨表面下氦团簇生长条件的分子动力学模拟分析

摘要 使用分子动力学模拟研究了在入射能量为 30 ~ 100 eV、温度为 300 ~ 2100 K 的氦原子轰击下，氦通量对钨表面下氦簇大小的影响。模拟结果表明，氦簇大小取决于关于氦通量的大小：在较高的通量下，在钨中形成的氦团簇平均尺寸较小，但数量较多；而团簇在离表面更远的地方以较低的通量形成。He 原子和氦气泡的聚结取决于钨的温度：在 2000 K 左右的高温下，钨中的入射 He 原子比在 1000 K 时减速得更快，但每个 He 簇的空位数量更少。入射能量对氦原子的保留有很强的影响：氦保留率随着入射能量的增加而增加，并且在感兴趣的低能量范围内，氦保留对温度的依赖性很弱。还发现表面取向不仅在决定深度分布方面起着重要作用，而且在决定氦保留和簇大小方面起着重要作用：在表面{1 1 0}处​​，氦原子的保留率最低，并且在表面{1 1 1}，簇容易在横向上生长。目前的模拟结果表明，{0 0 1} 表面有利于绒毛生长。当前工作中获得的结果提供了对模糊仅在原子级别的某个参数范围内增长的原因的见解。并且氦气的滞留与感兴趣的低能量范围内的温度有微弱的关系。还发现表面取向不仅在决定深度分布方面起着重要作用，而且在决定氦保留和簇大小方面起着重要作用：在表面{1 1 0}处​​，氦原子的保留率最低，并且在表面{1 1 1}，簇容易在横向上生长。目前的模拟结果表明，{0 0 1} 表面有利于绒毛生长。当前工作中获得的结果提供了对模糊仅在原子级别的某个参数范围内增长的原因的见解。并且氦气的滞留与感兴趣的低能量范围内的温度有微弱的关系。还发现表面取向不仅在决定深度分布方面起着重要作用，而且在决定氦保留和簇大小方面起着重要作用：在表面{1 1 0}处​​，氦原子的保留率最低，并且在表面{1 1 1}，簇容易在横向上生长。目前的模拟结果表明，{0 0 1} 表面有利于绒毛生长。当前工作中获得的结果提供了对模糊仅在原子级别的某个参数范围内增长的原因的见解。还发现表面取向不仅在决定深度分布方面起着重要作用，而且在决定氦保留和簇大小方面起着重要作用：在表面{1 1 0}处​​，氦原子的保留率最低，并且在表面{1 1 1}，簇容易在横向上生长。目前的模拟结果表明，{0 0 1} 表面有利于绒毛生长。当前工作中获得的结果提供了对模糊仅在原子级别的某个参数范围内增长的原因的见解。还发现表面取向不仅在决定深度分布方面起着重要作用，而且在决定氦保留和簇大小方面起着重要作用：在表面{1 1 0}处​​，氦原子的保留率最低，并且在表面{1 1 1}，簇容易在横向上生长。目前的模拟结果表明，{0 0 1} 表面有利于绒毛生长。当前工作中获得的结果提供了对模糊仅在原子级别的某个参数范围内增长的原因的见解。