本文關(guān)鍵詞：金屬鎳中氦與位錯(cuò)相互作用的原子尺度模擬

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【摘要】：反應(yīng)堆材料在極其惡劣服役環(huán)境下(如高溫,高壓,高通量的中子輻照)的性能對(duì)反應(yīng)堆的安全性起著決定性的作用。反應(yīng)堆材料的挑戰(zhàn)之一是金屬結(jié)構(gòu)材料普遍面臨的氦脆問(wèn)題。金屬結(jié)構(gòu)材料中產(chǎn)生氦的方式有很多種,例如裂變反應(yīng)堆內(nèi)部核反應(yīng)所產(chǎn)生的中子與結(jié)構(gòu)材料發(fā)生的(n,α)嬗變反應(yīng);聚變堆的第一壁材料表面受到來(lái)自等離子體α粒子的轟擊而導(dǎo)致氦的積累以及儲(chǔ)氚(tritium)材料中因氚衰變而產(chǎn)生氦等方式。由于氦是惰性氣體,具有滿殼層的電子結(jié)構(gòu),因此它不溶于金屬材料基體。而材料中積累的氦易于被空位(Vacancy,V)捕獲形成He-V團(tuán)簇,甚至形成氦泡,氦泡易于被捕陷于位錯(cuò),晶界等缺陷處并進(jìn)一步粗化,從而導(dǎo)致材料的宏觀物理性能與力學(xué)性能降低,如:強(qiáng)度和延展性降低、低溫輻照硬化和材料壽命的降低。因此,深刻地理解金屬中氦與各種缺陷(如位錯(cuò))的相互作用及氦的擴(kuò)散、聚集、氦泡形核及粗化等演化行為的微觀物理機(jī)制,對(duì)于核能結(jié)構(gòu)材料是很有必要的。與奧氏合金相比,鎳基合金具有良好的抗(熔鹽)腐蝕,抗蠕變斷裂性能和高溫強(qiáng)度,在第IV代核能系統(tǒng)中,是最有潛力的結(jié)構(gòu)材料。為了最終能解決鎳基合金中由氦引發(fā)的脆化問(wèn)題,首先必須理解鎳中氦的行為。此外,钚(239Pu)是核反應(yīng)堆中被廣泛使用的核燃料,它在存儲(chǔ)和服役過(guò)程中衰變產(chǎn)生高能α離子,也將使它面臨著氦脆的問(wèn)題。由于Pu具有很強(qiáng)的放射性和化學(xué)毒性且電子結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,Pu中的“氦效應(yīng)”不論是理論計(jì)算或?qū)嶒?yàn)研究都十分困難。因此我們可以選擇具有相同的晶體結(jié)構(gòu)或電子結(jié)構(gòu)的常規(guī)材料(例如鎳)來(lái)代替Pu,為Pu中的氦以及氦與缺陷相互作用的微觀演化行為起到一定的指導(dǎo)作用。因此,在本文中我們選取的研究對(duì)象為純Ni。本文基于嵌入原子勢(shì)(EAM),采用NVT系綜弛豫的分子動(dòng)力學(xué)(molecular dynamics)方法,系統(tǒng)地模擬研究了He與純Ni不同類(lèi)型的位錯(cuò)的相互作用。首先,研究了氦原子與四種不同的位錯(cuò)之間的相互作用,計(jì)算了氦原子的結(jié)合能分布,進(jìn)而得到了這四種位錯(cuò)捕陷氦原子能力的強(qiáng)弱。另外還發(fā)現(xiàn)位錯(cuò)的分解和運(yùn)動(dòng)與引入氦的位置,氦相對(duì)于partial cores位置以及引入的區(qū)域有關(guān),這可能會(huì)導(dǎo)致氦對(duì)partial cores的釘扎作用。其次,研究了氦對(duì)螺位錯(cuò)分解的影響,在滑移面上均勻分布的He會(huì)使螺位錯(cuò)分解的寬度變小,其原因是由于氦誘導(dǎo)的平面滑移特性(partial cores相互吸引而靠近)使本征層錯(cuò)能(SFE)增大。
【關(guān)鍵詞】：分子動(dòng)力學(xué) 嵌入原子方法(EAM) 氦 位錯(cuò) 分解 層錯(cuò)能
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TL34;TG146.15
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 引言10-12
• 1.2 氦在金屬中行為的研究歷程及現(xiàn)狀12-14
• 1.3 金屬中氦的基本特性14-17
• 1.3.1 氦原子在金屬中可能占據(jù)的位置15
• 1.3.2 氦在金屬中的一些特征能量15-16
• 1.3.3 氦泡的形核及粗化的物理機(jī)制16-17
• 1.3.4 氦泡的運(yùn)動(dòng)和偏析17
• 1.4 普遍的金屬中氦的行為的研究方法17-19
• 1.4.1 實(shí)驗(yàn)研究17-18
• 1.4.2 理論模擬18-19
• 1.5 本文研究的目的和意義19-20
• 1.6 本文研究?jī)?nèi)容與方法20-21
• 第2章 模擬計(jì)算方法-分子動(dòng)力學(xué)（MD）21-27
• 2.1 分子動(dòng)力學(xué)方法21-24
• 2.1.1 運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)值解法-有限差分方法21-23
• 2.1.2 系綜簡(jiǎn)介23-24
• 2.2 原子間相互作用勢(shì)24-25
• 2.3 結(jié)合能及層錯(cuò)能的計(jì)算25-27
• 第3章 鎳中氦與不同類(lèi)型的位錯(cuò)的相互作用27-40
• 3.1 引言27-28
• 3.2 計(jì)算方法及位錯(cuò)模型28-32
• 3.3 結(jié)果及分析32-38
• 3.3.1 氦原子在四種位錯(cuò)模型中的結(jié)合能分布32-36
• 3.3.2 氦原子與位錯(cuò)之間的相互作用36-38
• 本章小結(jié)38-40
• 第4章 鎳中氦對(duì)螺位錯(cuò)分解的的影響40-48
• 4.1 引言40-41
• 4.2 計(jì)算方法及計(jì)算模型的構(gòu)建41-42
• 4.3 結(jié)果及分析42-47
• 4.3.1 氦原子在擴(kuò)展螺位錯(cuò)模型中的結(jié)合能分布43-44
• 4.3.2 氦對(duì)堆垛層錯(cuò)（SF）的寬度以及廣義層錯(cuò)能(GSFE)的影響44-47
• 本章小結(jié)47-48
• 總結(jié)與展望48-50
• 附錄A(攻讀碩士期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄)50-51
• 致謝51-52
• 參考文獻(xiàn)52-62

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

1 吳仲成,彭述明,楊茂年,龍興貴,劉瓊;有效介質(zhì)理論計(jì)算He原子在金屬釩中的擴(kuò)散行為[J];金屬學(xué)報(bào);2004年01期

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3 龍德順,徐會(huì)忠,王炎森,趙國(guó)慶,彭述明,趙鵬驥,徐志磊;氦原子在金屬中的擴(kuò)散勢(shì)壘計(jì)算[J];原子與分子物理學(xué)報(bào);1998年S1期

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6 李融武，潘正瑛，霍裕昆;聚變?chǔ)亮Ｗ訉?duì)材料輻照損傷瞬時(shí)行為的研究[J];核技術(shù);1995年04期

7 李玉璞,王佩璇,張國(guó)光,馬如璋,劉家瑞,朱沛然,邱長(zhǎng)青;He在HR-1型不銹鋼中的捕獲與釋放研究[J];物理學(xué)報(bào);1989年07期

本文編號(hào)：557129