【摘要】：隨著地球能源短缺和環(huán)境污染等社會(huì)性問(wèn)題的日益突出,核能的開(kāi)發(fā)和利用顯得尤為重要。到目前為止,核聚變能和新一代核裂變能的開(kāi)發(fā)已經(jīng)引起了全世界的廣泛關(guān)注和研究。核反應(yīng)堆中第一壁結(jié)構(gòu)材料因長(zhǎng)期暴露在高能中子等強(qiáng)輻射環(huán)境下,其材料性能將會(huì)發(fā)生巨大的改變,因此第一壁結(jié)構(gòu)材料將是決定核反應(yīng)堆使用壽命的關(guān)鍵因素。作為高性能結(jié)構(gòu)材料之一,釩基合金因其具有優(yōu)良的性能——低活化性能、高的熱傳導(dǎo)性能、高抗中子輻照性能、超高溫力學(xué)性能,以及它與液態(tài)鋰之間很好的兼容性,被認(rèn)為是核反應(yīng)堆第一壁和包殼結(jié)構(gòu)應(yīng)用中有前途的候選材料。在核反應(yīng)堆中,由(n,α)核嬗變反應(yīng)產(chǎn)生的雜質(zhì)氦原子將會(huì)嵌入到結(jié)構(gòu)材料里面,而氦原子的積累將會(huì)誘導(dǎo)氦泡的形成,這將導(dǎo)致空位腫脹和產(chǎn)生高溫脆化,表面粗糙,起泡,以及高溫下永久的蠕變斷裂。為了解釋金屬釩中上述現(xiàn)象發(fā)生的微觀機(jī)制,本文運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)方法詳細(xì)地研究了摻氦金屬釩中的級(jí)聯(lián)碰撞情況。主要考慮了替位氦濃度、輻照溫度以及初級(jí)碰撞原子能量對(duì)位移級(jí)聯(lián)的影響。其中,替位氦原子濃度從0.2 at.%變化到1.0at.%,輻照溫度分別考慮了300K和600K,初級(jí)碰撞原子能量從5keV變化到40keV。結(jié)果顯示弗蘭克爾缺陷對(duì)的數(shù)目隨著初級(jí)碰撞原子能量的增加而增加,但600K時(shí)的增加速率卻小于300K的增加速率。本文的主要關(guān)注點(diǎn)在氦-空位團(tuán)簇的形成上。氦-空位團(tuán)簇的數(shù)目隨著氦濃度和初級(jí)碰撞原子能量的增加而增加,而最大氦-空位團(tuán)簇的尺寸在氦濃度較低時(shí)不依賴(lài)于初級(jí)碰撞原子的能量和輻照溫度。釩中輻照產(chǎn)生的小氦-空位團(tuán)簇的構(gòu)型與鐵中小氦-空位團(tuán)簇的構(gòu)型是不一樣的。釩中氦-空位團(tuán)簇中氦原子更傾向與占據(jù)四面體間隙位置,而不是八面體間隙位置。本文的研究結(jié)果為摻氦釩中位移級(jí)聯(lián)產(chǎn)生的缺陷間的相互作用提供了原子尺度的描述,也為更高尺度的材料輻照模擬,像動(dòng)力學(xué)KMC(kinetic Monte Carlo)和ABC(autonomous basin climbing)方法等提供了一些必需的參數(shù)來(lái)再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。因而所有這些理論模擬對(duì)于描述釩中氦泡和氦脆的機(jī)制將是十分有用的。
【圖文】：

級(jí)聯(lián)碰撞內(nèi)第一次碰撞前后過(guò)程的示意圖

空位和間隙子示意圖（紫色圓表示正常的晶格原子）
【學(xué)位授予單位】：西北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TL34

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本文編號(hào)：2698801