核反應堆材料的抗輻照能力及其在強輻照場惡劣環(huán)境下各種性能的變化情況直接決定著核反應堆的安全運行。與輕粒子不同,當入射重離子的能量足夠高時,重離子與物質(zhì)相互作用將產(chǎn)生特殊的輻照損傷效應,庫侖爆炸效應即是其中之一。但是由于庫侖爆炸效應發(fā)生在納秒時間量級,所以現(xiàn)在的實驗條件還無法連續(xù)地觀察其發(fā)生發(fā)展的過程。近幾十年來,隨著計算機技術的發(fā)展,分子動力學方法(MD)已經(jīng)可以對納米尺度原子體系在皮秒級時間尺度上進行研究。本論文的主要內(nèi)容就是利用分子動力學方法模擬庫侖爆炸效應,在納米空間尺度范圍和皮秒時間量級內(nèi)模擬庫侖爆炸效應,考察晶體微觀結構的變化以及分析影響庫侖爆炸效應的主要因素。本論文工作中選取單晶硅材料、單晶碳化硅材料和單晶二氧化鈾材料作為研究對象。單晶硅材料是探測器元件,廣泛地應用于核工程探測中,而且也是重要的半導體材料;碳化硅材料在新型惰性基質(zhì)燃料中作為基質(zhì)材料與二氧化钚燒結在一起形成新型核燃料;二氧化鈾材料作為燃料已經(jīng)廣泛應用于輕水核反應堆中。這些材料在核工程的應用中不可避免的將遭受到高能量重離子的轟擊,在材料內(nèi)部產(chǎn)生庫侖爆炸效應。為了達到研究庫侖爆炸效應的目的,本論文的工作中使用了經(jīng)...

【文章頁數(shù)】：112 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究目的及意義
    1.2 核反應堆材料輻照損傷效應
    1.3 核反應堆材料輻照損傷的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 核反應堆材料輻照損傷的理論研究
        1.3.2 核反應堆材料輻照損傷的實驗研究
    1.4 主要研究內(nèi)容
第2章 庫侖爆炸效應及研究方法
    2.1 重離子輻照效應
    2.2 庫侖爆炸效應
    2.3 研究方法
        2.3.1 分子動力學研究方法
        2.3.2 分子動力學研究過程
    2.4 本章小結
第3章 硅材料的庫侖爆炸效應
    3.1 硅材料特性和用途
    3.2 模擬計算過程
        3.2.1 模型體系
        3.2.2 弛豫過程
        3.2.3 電離過程
        3.2.4 冷卻過程
    3.3 結果和結論
        3.3.1 熔化和非晶化現(xiàn)象
        3.3.2 電離時間對庫侖爆炸效應的影響
        3.3.3 初始溫度對庫侖爆炸效應的影響
        3.3.4 庫侖爆炸效應產(chǎn)生的沖擊波
        3.3.5 體系內(nèi)能量的轉(zhuǎn)化
        3.3.6 庫侖爆炸效應產(chǎn)生的原子濺射現(xiàn)象
    3.4 本章小結
第4章 碳化硅材料的庫侖爆炸效應
    4.1 碳化硅材料的性質(zhì)和用途
        4.1.1 碳化硅材料的性質(zhì)
        4.1.2 碳化硅材料在核工程領域的應用
    4.2 體系模型及模擬過程
    4.3 結果與討論
        4.3.1 微觀結構的變化
        4.3.2 電離時間對庫侖爆炸效應的影響
        4.3.3 初始溫度對庫侖爆炸效應的影響
        4.3.4 庫侖爆炸效應產(chǎn)生的沖擊波
    4.4 本章小結
第5章 二氧化鈾材料的庫侖爆炸效應
    5.1 二氧化鈾材料在核反應堆內(nèi)的輻照損傷
    5.2 二氧化鈾材料內(nèi)的庫侖爆炸效應
    5.3 模擬計算的方法和步驟
    5.4 結果和討論
        5.4.1 熔化和非晶化現(xiàn)象
        5.4.2 電離時間對庫侖爆炸效應的影響
        5.4.3 初始溫度對庫侖爆炸效應的影響
        5.4.4 庫侖爆炸效應產(chǎn)生的沖擊波
        5.4.5 材料體系內(nèi)能量的轉(zhuǎn)化
        5.4.6 庫侖爆炸效應進一步的討論
    5.5 本章小結
結論
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果
致謝
個人簡歷



本文編號：3873205