液体金属等离子体面向组件合金的表面分离：基于 ReaxFF 的研究

工程液体金属合金为等离子体面向组件（PFC）提供了变革性的路径，通过实现可调节的化学表面，使其能够同时优化等离子体-材料相互作用、降低偏转器热通量并增强核心等离子体约束，从而推动核聚变电力站的商业化应用。本研究采用原子尺度模拟框架，提供了直接证据，表明纳入非金属表面活性试剂（如 O 和 H，或其组合）可实现强烈的表面分离。这种能力使 tin-铝（Sn-Al）和 tin锂（Sn-Li）合金，具有合适的配方和良好的热力学稳定性，成为 PFC 应用的优质候选方案。具体而言，低-Z 杂质（锂、铝）的存在导致表面富集，这赋予了低-Z 喷射特征，而 Sn 作为溶剂保持热力学稳定性。为系统性地检验此行为，本文首先优化了针对 Sn-Al、Sn-Al-O、Sn-Li、Sn-Li-O、Sn-Li-H 和 Sn-Li-O-H 系统的 ReaxFF 参数集合。我们通过形成能和弹性常数对其进行验证。随后，我们采用反应性分子动力学模拟来解析表面分离与杂质驱动化学在聚变相关温度下的耦合效应。我们还引入了一种基于重叠的分离指数，从原子密度分布中直接捕捉界面组分分离的度量。该指标揭示了所有系统中分离制度的清晰等级，并为本文中所观察到的所有分离现象提供了统一视图。总体而言，这些发现在非金属化学与界面结构之间建立了机械联系，为设计自适应、低喷射液体金属合金为聚变应用提供了预测框架。