本文關鍵詞：金屬鎳中氦與位錯相互作用的原子尺度模擬

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【摘要】：反應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)的性能對反應堆的安全性起著決定性的作用。反應堆材料的挑戰(zhàn)之一是金屬結構材料普遍面臨的氦脆問題。金屬結構材料中產生氦的方式有很多種,例如裂變反應堆內部核反應所產生的中子與結構材料發(fā)生的(n,α)嬗變反應;聚變堆的第一壁材料表面受到來自等離子體α粒子的轟擊而導致氦的積累以及儲氚(tritium)材料中因氚衰變而產生氦等方式。由于氦是惰性氣體,具有滿殼層的電子結構,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團簇,甚至形成氦泡,氦泡易于被捕陷于位錯,晶界等缺陷處并進一步粗化,從而導致材料的宏觀物理性能與力學性能降低,如:強度和延展性降低、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)的相互作用及氦的擴散、聚集、氦泡形核及粗化等演化行為的微觀物理機制,對于核能結構材料是很有必要的。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度,在第IV代核能系統(tǒng)中,是最有潛力的結構材料。為了最終能解決鎳基合金中由氦引發(fā)的脆化問題,首先必須理解鎳中氦的行為。此外,钚(239Pu)是核反應堆中被廣泛使用的核燃料,它在存儲和服役過程中衰變產生高能α離子,也將使它面臨著氦脆的問題。由于Pu具有很強的放射性和化學毒性且電子結構非常復雜,Pu中的“氦效應”不論是理論計算或實驗研究都十分困難。因此我們可以選擇具有相同的晶體結構或電子結構的常規(guī)材料(例如鎳)來代替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作用。因此,在本文中我們選取的研究對象為純Ni。本文基于嵌入原子勢(EAM),采用NVT系綜弛豫的分子動力學(molecular dynamics)方法,系統(tǒng)地模擬研究了He與純Ni不同類型的位錯的相互作用。首先,研究了氦原子與四種不同的位錯之間的相互作用,計算了氦原子的結合能分布,進而得到了這四種位錯捕陷氦原子能力的強弱。另外還發(fā)現(xiàn)位錯的分解和運動與引入氦的位置,氦相對于partial cores位置以及引入的區(qū)域有關,這可能會導致氦對partial cores的釘扎作用。其次,研究了氦對螺位錯分解的影響,在滑移面上均勻分布的He會使螺位錯分解的寬度變小,其原因是由于氦誘導的平面滑移特性(partial cores相互吸引而靠近)使本征層錯能(SFE)增大。
【關鍵詞】：分子動力學 嵌入原子方法(EAM) 氦 位錯 分解 層錯能
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(上海應用物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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制16-17
• 1.3.4 氦泡的運動和偏析17
• 1.4 普遍的金屬中氦的行為的研究方法17-19
• 1.4.1 實驗研究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 本文研究內容與方法20-21
• 第2章 模擬計算方法-分子動力學（MD）21-27
• 2.1 分子動力學方法21-24
• 2.1.1 運動方程的數(shù)值解法-有限差分方法21-23
• 2.1.2 系綜簡介23-24
• 2.2 原子間相互作用勢24-25
• 2.3 結合能及層錯能的計算25-27
• 第3章 鎳中氦與不同類型的位錯的相互作用27-40
• 3.1 引言27-28
• 3.2 計算方法及位錯模型28-32
• 3.3 結果及分析32-38
• 3.3.1 氦原子在四種位錯模型中的結合能分布32-36
• 3.3.2 氦原子與位錯之間的相互作用36-38
• 本章小結38-40
• 第4章 鎳中氦對螺位錯分解的的影響40-48
• 4.1 引言40-41
• 4.2 計算方法及計算模型的構建41-42
• 4.3 結果及分析42-47
• 4.3.1 氦原子在擴展螺位錯模型中的結合能分布43-44
• 4.3.2 氦對堆垛層錯（SF）的寬度以及廣義層錯能(GSFE)的影響44-47
• 本章小結47-48
• 總結與展望48-50
• 附錄A(攻讀碩士期間所發(fā)表的學術論文目錄)50-51
• 致謝51-52
• 參考文獻52-62

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

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本文編號：557129