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摘要
辐照对聚变反应堆第一壁材料的影响一直都是材料科学关注的重点之一。由于氦基本上不溶于材料基体,氦原子易于被缺陷所捕获,形成氦一空位()团, 甚至形成氦泡。氦泡的形成会导致反应堆材料出现空洞肿胀,从而使材料发生脆化或表面出现泡状,变得粗糙,使材料的宏观性能下降。因此,氦泡在材料中的产生和演变受到了很大的关注。
,应用分子动力学模拟方法,研究了高能位移级联同氦泡的相互作用和氦泡的稳定性。氦泡的初始体积约为212和
636 A3,氦泡中的氦与空位个数之比(H洲),级联能(PKA)
高达40 keV,研究了氦泡的尺寸和HeN比率的变化,分析初始HeN比率和PKA 能量对级联作用下氦泡稳定性的影响。同时,还研究了不同相互作用势(第一种势:,-He相互作用势分别用Ackland势, Beck势;第二种势:G J ,T- )对模拟结果的影响。
模拟结果显示对于两种相互作用势,氦泡的稳定性主要依赖于初始HeN比率和PKA能量,与氦泡的初始尺寸大小有很小的关系。当初始He/V比率为3时, 级联使得氦泡的体积增加,HeN比率减少;,级联使得氦泡的体积减少,HeN比率增加。当初始HeN比率为1时,氦泡的稳定性与PKA 能量有微弱关系。在对HeN比率为3的氦泡与级联的相互作用模拟结果分析中发现,对于相同的PKA能量,氦泡的尺寸越大,级联作用后产生的自间隙原子(SIAs) 团的尺寸越大,而产生的SIAs团的数目越少。对于相同尺寸的氦泡,级联的PKA 能量越大产生的小间隙原子团的数目越多,但是尺寸保持基本不变。
然而,两种相互作用势之间存在着一定的差异。这是由于势本身的特征对氦泡与级联的相互作用产生了一定的影响。级联作用后,第二种势得到氦泡中空位数目的改变量比第一种势大。两种相互作用势都得到氦原子从母泡脱离的几率随着PKA能量的增加而减少,但是对于相同的PKA能量,第二种势得到的几率比第一种势大。当初始HeN比率为3时,级联产生的SIAs团的数目和尺寸与相互作用势有关。级联作用后,对于相同的PKA能量第二种势得到SIAs团的数目和尺寸比第一种势大。这是由于第二种势在热峰相阶段产生了更多的次级联,而次
摘要
级联的交叠将形成更大的团。同时,发现次级联发生的几率随着PICA能量的增加而增加。这些都表明第一种势模拟的氦泡比第二种势的更稳定。
关键词:分子动力学模拟(MD),氦泡,位移级联,0c一铁
Ⅱ
ABSTRACT
The effects of irradiation on the first wall materials of a fusion reactor are being extensively smdied of the extremely low solubility of helium in metals,helium atoms tend to be trapped at defects and form He-v clusters or bubbles.
ne formation of helium bubbles in materials can lead to void swelling and produces
lli曲temperature intergranular embrittlement,surface roughening and effects would significantly degrade the mechanical properties of , the production and evolution of He bubbles in metalS are studied丽tll particular
]匝略.
In this thesis,the stability of nm—sized He bubbles in 0【一Fe have been investigated using molecular dynamics interactions of high—energy displacement cascades with helium bubbles and the stability of helium bubble have been studied