【摘要】：作為未來(lái)聚變反應(yīng)堆的主要候選結(jié)構(gòu)材料之一的低活化鐵素體/馬氏體鋼受到高能中子輻照后發(fā)生(n,a)反應(yīng)引入大量的氦原子。結(jié)構(gòu)鋼中的氦原子很容易聚集而形成納米尺度的氦泡。氦泡會(huì)阻礙位錯(cuò)滑移,嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能。由于通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段研究輻照過(guò)程中氦泡與位錯(cuò)相互作用的微觀過(guò)程十分困難,因此,采用原子尺度的模擬方法研究α-Fe中刃位錯(cuò)與氦泡的微觀作用機(jī)制很有必要。本論文基于周期性位錯(cuò)陣列模型,利用分子動(dòng)力學(xué)方法研究了低活化鋼中子輻照后氦泡導(dǎo)致硬化的微觀機(jī)理,重點(diǎn)研究了輻照溫度和常溫下氦空位比例對(duì)位錯(cuò)與氦泡作用機(jī)制影響的差異性。輻照高溫下位錯(cuò)與氦泡作用時(shí),當(dāng)氦空位比例在0到1之間變化時(shí),氦空位比例對(duì)臨界剪切應(yīng)力影響較弱,有先增大后減小的趨勢(shì),He/V = 0.5的氦泡釘扎位錯(cuò)能力最強(qiáng);隨著氦空位比例進(jìn)一步升高,在一定的氦空位比例范圍內(nèi),氦泡中氦原子的數(shù)量對(duì)位錯(cuò)的攀移難易程度有很大的影響,氦泡內(nèi)氦原子數(shù)量的增加可以促進(jìn)位錯(cuò)的攀移,臨界剪切應(yīng)力隨之減小;當(dāng)氦空位比例增大到最大值時(shí),氦泡與位錯(cuò)作用機(jī)制改變出現(xiàn)排斥機(jī)制,引起臨界剪切應(yīng)力上升。常溫時(shí)位錯(cuò)與氦泡作用時(shí),臨界剪切應(yīng)力隨氦空位比例的變化關(guān)系在氦空位比例較低時(shí)與輻照溫度下的變化規(guī)律一致,但在氦空位比例接近踢出位錯(cuò)環(huán)的濃度時(shí),1nm氦泡和2 nm氦泡同樣出現(xiàn)了排斥機(jī)制,可能由于氦泡冷凍常溫的影響,臨界剪切應(yīng)力的變化規(guī)律不一致,原因還有待進(jìn)一步研究。位錯(cuò)與氦泡的排斥機(jī)制是指當(dāng)氦泡的氦空位比例接近氦泡踢出位錯(cuò)環(huán)的氦濃度,氦泡嚴(yán)重超壓,與位錯(cuò)接觸瞬間,沿位錯(cuò)拉伸側(cè)踢出自間隙原子團(tuán)簇,被位錯(cuò)吸收后產(chǎn)生割階;由于位錯(cuò)割階與超壓氦泡同為壓應(yīng)力場(chǎng),割階被氦泡強(qiáng)烈排斥反彈。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TL627
【圖文】：

極可能一勞永逸地解決能源問(wèn)題［１］。目前，可控核聚變的實(shí)現(xiàn)途徑主要有三種：逡逑磁約束、慣性約束和重力約束。國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｈｅｒｍｏｎｕｃｌｅａｒ逡逑Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋Ｒｅａｃｔｏｒ，邋ＩＴＥＲ）即采用磁約束．其實(shí)驗(yàn)主體結(jié)構(gòu)裝置如圖１．１所不。逡逑通過(guò)建造反應(yīng)堆級(jí)核聚變裝置，ＩＴＥＲ被預(yù)期完成從實(shí)驗(yàn)研究等離子體物理到核逡逑聚變發(fā)電廠的工程實(shí)現(xiàn)［２］。逡逑邐．逡逑＂邋：邋？＇邐．ｉ＇ｆ－．邋：，邋Ｊ；逡逑圖１．丨ＩＴＥＲ實(shí)驗(yàn)主體結(jié)構(gòu)裝置示意圖ＰＩ逡逑自從中國(guó)于２００３年２月加入ＩＴＥＲ計(jì)劃后，國(guó)內(nèi)開(kāi)始開(kāi)展中國(guó)聚變工程實(shí)逡逑驗(yàn)堆（ＣｈｉｎａＦｕｓｉｏｎ邋Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ邋Ｔｅｓｔ邋Ｒｅａｃｔｏｒ，ＣＦＥＴＲ）的概念設(shè)計(jì)丨３］。如圖邋１．２邋為逡逑ＣＦＥＴＲ工程試驗(yàn)堆主體裝置結(jié)構(gòu)示意圖。相比ＩＴＥＲ的設(shè)計(jì)運(yùn)行功率５００ＭＷ，逡逑ＣＦＥＴＲ的目標(biāo)是建立一個(gè)５０－２００ＭＷ的較低運(yùn)行功率下實(shí)現(xiàn)氚自持的聚變堆。逡逑２０１７年丨２月５日，中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆在中國(guó)合肥正式啟動(dòng)工程設(shè)計(jì)，中國(guó)核逡逑聚變研宄由此開(kāi)啟新征程。不論是國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆或是中國(guó)工程聚變實(shí)驗(yàn)堆逡逑目前都存在許多亟需解決的問(wèn)題。材料問(wèn)題更是目前面臨的諸多挑戰(zhàn)的核心之一：逡逑材料的輻照后力學(xué)性能是核聚變反應(yīng)堆的能否安全運(yùn)行的關(guān)鍵｜４］

極可能一勞永逸地解決能源問(wèn)題［１］。目前，可控核聚變的實(shí)現(xiàn)途徑主要有三種：逡逑磁約束、慣性約束和重力約束。國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｈｅｒｍｏｎｕｃｌｅａｒ逡逑Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋Ｒｅａｃｔｏｒ，邋ＩＴＥＲ）即采用磁約束．其實(shí)驗(yàn)主體結(jié)構(gòu)裝置如圖１．１所不。逡逑通過(guò)建造反應(yīng)堆級(jí)核聚變裝置，ＩＴＥＲ被預(yù)期完成從實(shí)驗(yàn)研究等離子體物理到核逡逑聚變發(fā)電廠的工程實(shí)現(xiàn)［２］。逡逑邐．逡逑＂邋：邋？＇邐．ｉ＇ｆ－．邋：，邋Ｊ；逡逑圖１．丨ＩＴＥＲ實(shí)驗(yàn)主體結(jié)構(gòu)裝置示意圖ＰＩ逡逑自從中國(guó)于２００３年２月加入ＩＴＥＲ計(jì)劃后，國(guó)內(nèi)開(kāi)始開(kāi)展中國(guó)聚變工程實(shí)逡逑驗(yàn)堆（ＣｈｉｎａＦｕｓｉｏｎ邋Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ邋Ｔｅｓｔ邋Ｒｅａｃｔｏｒ，ＣＦＥＴＲ）的概念設(shè)計(jì)丨３］。如圖邋１．２邋為逡逑ＣＦＥＴＲ工程試驗(yàn)堆主體裝置結(jié)構(gòu)示意圖。相比ＩＴＥＲ的設(shè)計(jì)運(yùn)行功率５００ＭＷ，逡逑ＣＦＥＴＲ的目標(biāo)是建立一個(gè)５０－２００ＭＷ的較低運(yùn)行功率下實(shí)現(xiàn)氚自持的聚變堆。逡逑２０１７年丨２月５日，中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆在中國(guó)合肥正式啟動(dòng)工程設(shè)計(jì)，中國(guó)核逡逑聚變研宄由此開(kāi)啟新征程。不論是國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆或是中國(guó)工程聚變實(shí)驗(yàn)堆逡逑目前都存在許多亟需解決的問(wèn)題。材料問(wèn)題更是目前面臨的諸多挑戰(zhàn)的核心之一：逡逑材料的輻照后力學(xué)性能是核聚變反應(yīng)堆的能否安全運(yùn)行的關(guān)鍵｜４］

是流動(dòng)應(yīng)力）被提高金屬在受到快中子照射之后，其力學(xué)性能會(huì)發(fā)生改變，逡逑表現(xiàn)為屈服強(qiáng)度的升高。針對(duì)鐵素體鋼的輻照硬化表現(xiàn)，其受到快中子輻照后，逡逑下屈服點(diǎn)將會(huì)升高。鐵素體鋼的典型工程應(yīng)力曲線如圖１．３所示。輻照使屈服強(qiáng)逡逑度的提高遠(yuǎn)大于它使拉伸極限的提高。由于輻照使屈服強(qiáng)度趨近于ＵＴＳ，這就造逡逑成塑性的損失。如圖１．３上部的一條曲線就表示屈服強(qiáng)度和拉伸極限重合的例子。逡逑這種情況一發(fā)生，就沒(méi)有均勻伸長(zhǎng)，當(dāng)樣品一離開(kāi)表示彈性應(yīng)變的曲線后，頸縮逡逑便立即發(fā)生。對(duì)ＢＣＣ金屬，當(dāng)試驗(yàn)溫度足夠低，輻照劑量足夠大時(shí)，甚至連頸逡逑縮變形的區(qū)域也會(huì)沒(méi)有；樣品還處于彈性階段的直線上時(shí)就會(huì)斷裂。這樣的樣品逡逑就完全是脆性的了。逡逑Ａ邋ＳＳＳ逡逑Ｋ邋＾＼）未鼷逡逑ｉｍｔ逡逑圖１．３快中子輻照對(duì)鐵素體鋼拉伸性質(zhì)的影響［１１］逡逑位錯(cuò)是塑性變形和金屬?gòu)?qiáng)化的理論基礎(chǔ)，成功地解釋了輻照效應(yīng)和力學(xué)性能逡逑的許多現(xiàn)象，如輻照硬化、輻照腫脹等形成機(jī)制［ｎ］。從微觀上解釋輻照硬化，即逡逑從位錯(cuò)角度來(lái)看輻照硬化對(duì)材料的力學(xué)性能的影響，輻照硬化是由于輻照產(chǎn)生的逡逑缺陷使得位錯(cuò)的滑移和增殖受到阻礙。輻照使得金屬硬化的方式主要有兩種：逡逑１）

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 劉明輝;肖偉;王建偉;王立根;;鋁合金中刃型位錯(cuò)與合金元素相互作用的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究[J];稀有金屬;2017年03期

本文編號(hào)：2796491