Fe、Ni金属单质与Fe-Ni金属纳米多层膜的辐照损伤机理研究

发布时间：2020-06-26 15:02

【摘要】：金属材料等在核电站反应堆内的高温、高压、辐照、腐蚀等极端恶劣环境下工作,极易引起材料辐照脆化,肿胀,蠕变等宏观性能变化,导致机械性能下降而材料失效。研发安全性更高的新型材料、探索材料的辐照损伤机理是我国先进核能技术发展道路上亟待解决的重要课题。本文针对Fe、Ni单质金属材料和Fe-Ni金属纳米多层膜材料,利用分子动力学计算方法,开展了晶格取向、界面构型、PKA入射能量等因素对材料辐照损伤的作用机理研究。主要研究内容及结论如下:1)建立不同晶格取向的Fe、Ni单质金属模型,模拟材料在100 K温度、1-10 ke V辐照PKA能量下的缺陷演化行为。研究结果表明,级联碰撞过程中材料缺陷经历急速上升,达到峰值,继而缓慢下降直到最终稳定的过程;随PKA能量增加,缺陷峰值、最终稳定值都上升,并且达到缺陷峰值和最终稳定值的过程时间也延长,这表明辐照PKA能量的增加加剧了材料辐照损伤;不同晶格取向的Fe单质或Ni单质受相同PKA能量辐照时,最终稳定缺陷数目相近,表明晶格取向对材料的辐照损伤影响不明显;比较Fe、Ni两种单质辐照后缺陷数,发现Ni的原子离位阈值比Fe原子高,相同能量下Ni原子离位概率小,因此在相同PKA能量辐照下,Fe单质的辐照损伤较Ni单质严重。2)建立不同界面构型的Fe-Ni金属纳米多层膜模型,分别模拟了KS、NW、Bain、Pistch四种界面构型的金属纳米多层膜材料,在100 K温度、1-10 ke V辐照PKA能量下的界面损伤及界面两侧块体中的缺陷演化行为。研究结果表明,相同辐照条件下,四种界面构型金属纳米多层膜块体中缺陷数均比Fe、Ni单质少,表明金属纳米多层膜材料具有良好的耐辐照能力;此多层膜材料的四种界面受辐照后均会产生不同程度的损伤,其中NW界面原子排列紧密、界面损伤较小,但不同界面两侧块体中缺陷数目与界面构型并无关联关系。本文研究了不同晶格取向的Fe、Ni单质金属材料和不同界面构型的Fe-Ni金属纳米多层膜材料的辐照损伤机理。研究结果将有助于提升我国核电工程耐辐照材料的研发水平,为发展含铁型金属纳米多层膜材料奠定理论基础。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL341;TB383.2
【图文】：

分布图,核电厂,分布图,核电

明确提出将安全发展核电作为我国能源发展的五项战略任务之一，我国已建成广东大亚湾、浙江秦山、江苏田湾、辽宁红沿河、福建宁德核（如图 1.2 所示）。预计至 2020 年，在运核电装机容量将达到 5800 万千瓦，容量达到 3000 万千瓦以上，我国核电占全国的电力供应将由 2%提升至 7%国核电事业将迎来发展高峰，成为能源行业发展的新亮点[3]。

示意图,间隙原子,空位,原子

碰撞原子以此类推称为次级碰撞原子[9]。级联碰撞过程中产生了弗仑克尔对点缺陷，在碰撞初期原子和空位缓慢复合，使缺陷数目下降到一稳定图 1.2 表示材料受碰撞后产生空位、间隙原子和

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