【摘要】：開發(fā)新型能源是人類亟需解決的問題,發(fā)展核電是解決能源問題的重要途徑。目前,反應(yīng)堆內(nèi)材料在惡劣的服役環(huán)境下各種性能失效是限制反應(yīng)堆壽命的主要因素之一。非晶合金具有優(yōu)異的物理、化學(xué)和力學(xué)性能,有望作為新型反應(yīng)堆材料,其結(jié)構(gòu)無序性導(dǎo)致其輻照效應(yīng)不同于現(xiàn)役的晶態(tài)材料,但目前對輻照引起其微觀結(jié)構(gòu)和性能變化的研究尚不充分。本文主要結(jié)合同步輻射技術(shù)和分子動力學(xué)模擬手段,探索輻照誘導(dǎo)非晶合金微觀結(jié)構(gòu)的變化及評價其耐輻照性能,希望對反應(yīng)堆材料的設(shè)計和選取提供一定幫助。利用同步輻射技術(shù)對制備態(tài)非晶合金樣品和輻照后樣品進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)探測,利用實驗數(shù)據(jù)結(jié)合RMC擬合得到制備態(tài)和輻照后的Zr_2Cu非晶合金模型。對兩種模型結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行初步分析,發(fā)現(xiàn)兩種模型原子的基本結(jié)構(gòu)存在細(xì)微差異。在此基礎(chǔ)上,引入類空位、自由體積等參量和自由體積算法,通過對模型的計算發(fā)現(xiàn),自由體積在輻照前后發(fā)生變化,且該變化存在一定的元素選擇性。并結(jié)合分子動力學(xué)模擬技術(shù)修正RMC模型,在模型中人為創(chuàng)造類空位并進(jìn)行結(jié)構(gòu)弛豫,發(fā)現(xiàn)類空位湮滅的機制,即通過自由體積重分布實現(xiàn)。為進(jìn)一步追蹤非晶合金輻照過程中的結(jié)構(gòu)演化,本文利用分子動力學(xué)模擬方法進(jìn)行研究。采取玻璃轉(zhuǎn)變溫度T_g以下退火的方法建立Zr_2Cu非晶合金模型,引入一定能量的PKA模擬輻照引起的級聯(lián)碰撞過程。研究發(fā)現(xiàn),在非晶合金模型中,級聯(lián)碰撞確實引發(fā)原子離位并產(chǎn)生了相應(yīng)的類空位。類空位瞬態(tài)存在,迅速消失并轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟪叽缱杂审w積。在模型的結(jié)構(gòu)弛豫過程中,大尺寸自由體積又逐漸向小尺寸自由體積轉(zhuǎn)變并最終均勻分布在模型中,從而實現(xiàn)能量和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。證實自由體積重分布湮滅輻照誘導(dǎo)的類空位,為非晶合金輻照后結(jié)構(gòu)自修復(fù)的主要微觀機制。
【圖文】：

Zr合金的輻照生長現(xiàn)役反應(yīng)堆材料主要為晶態(tài)合金材料，晶態(tài)合金中存在空位、間隙原子和位錯等各種缺陷，，

圖 1. 2 晶體中的各種缺陷應(yīng)堆中，晶態(tài)的材料主要與攜帶一定能量的中子、重離子一類的粒子發(fā)生作會與晶格原子發(fā)生碰撞，使晶格原子離開所處的位置，成為間隙原子，而在，如此成對出現(xiàn)的空位——間隙原子就是所謂的 Frenkel 缺陷[5]，F(xiàn)renkel 缺生的最主要也是最基本的缺陷。如果離位原子能量足夠大，還會產(chǎn)生次級效renkel 缺陷。粒子確實會于極短時間內(nèi)在材料體內(nèi)產(chǎn)生許多 Frenkel 缺陷，但絕大多數(shù)的級聯(lián)碰撞或自由遷移過程中相互復(fù)合，即晶態(tài)合金的自修復(fù)過程。雖然晶態(tài)
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG139.8

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2605745