反应堆结构材料辐照损伤的分子动力学模拟

发布时间：2022-02-26 09:35

　　核反应堆中的结构材料一直受到的大通量中子辐照,从而引起构件尺寸、形状和屈服强度等的变化,可能导致事故和限制了反应堆的寿命。因此,了解辐照缺陷的形成与演化具有十分重要的意义,并且晶界缺陷（GBs）早已被认为能够影响金属中辐射损伤的演变。但是晶界与辐照产生的缺陷原子的作用机制并没有得到统一和清楚的认识,为此本文运用分子动力学方法对体心立方（bcc）Fe-1OCr晶界和密排六方（hcp）Zr晶界进行了大量级联碰撞模拟研究。本文研究了 PKA（Primary Knock-on Atom）距晶界不同距离产生的铁铬合金的微观结构变化及团簇缺陷形成的结构特征。发现PKA原子位于晶界处时,会在晶界处产生一个较大的间隙和空位缺陷团簇（大小从11到409）和许多小团簇（个数从5到50）,且团簇大小和数目对于PKA能量依赖很大,而对于温度依赖性较弱。PKA粒子处于晶界区域外时,有时也有可能同时在晶界区和晶界外形成较大的缺陷团。发现PKA原子距晶界1 nm和2nm甚至3nm和4nm时,晶界都会有效的吸收间隙原子。晶界处产生的Cr间隙原子比例远少于晶界外Cr间隙原子比例。团簇结构分析时发现晶界体系和铁铬单晶体系... 

【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市211工程院校教育部直属院校

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 辐照损伤研究现状
        1.2.1 材料辐照效应
        1.2.2 铁铬合金的辐照研究现状
        1.2.3 锆的辐照研究现状
    1.3 晶界对辐照损伤的影响
        1.3.1 晶界的分类及性质
        1.3.2 晶界对辐照损伤的影响
    1.4 本文研究意义及内容
第2章 模拟及分析方法
    2.1 分子动力学级联碰撞模拟方法实现
        2.1.1 分子动力学基本原理
        2.1.2 数值积分算法
        2.1.3 边界条件选取
        2.1.4 势函数的选取
        2.1.5 系综的选取
        2.1.6 时间步长的优化
    2.2 辐照中点缺陷及缺陷团簇的判定方法
        2.2.1 点缺陷的判定方法
        2.2.2 缺陷团簇的判定方法
    2.3 晶界区域的判定
    2.4 本章小结
第3章 铁铬合金辐照损伤模拟
    3.1 铁铬合金晶界模型的建立
    3.2 模拟条件设置
    3.3 级联碰撞过程中缺陷的演化
    3.4 PKA距晶界距离对缺陷演化及形态分布的影响
    3.5 晶界对级联碰撞稳定阶段缺陷数的影响
    3.6 晶界对级联碰撞缺陷团簇大小及组分影响
    3.7 本章小结
第4章 锆辐照损伤模拟
    4.1 hcp-Zr晶界模型的建立
    4.2 模拟条件设置
    4.3 间隙、空位形成能与原子离位阈能计算
    4.4 级联碰撞过程中缺陷的演化
    4.5 晶界对辐照诱变的缺陷的数量的影响
    4.6 晶界对辐照诱变的缺陷结构的影响
    4.7 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Cr对离子辐照后Fe-8Cr中的位错环的影响[J]. 姜少宁,万发荣,王晓丽,大貫惣明.  功能材料. 2017(03)
[2]辐照损伤模拟中的Zr原子势函数[J]. 崔振国,勾成俊,侯氢,龙兴贵,周晓松.  原子核物理评论. 2013(04)
[3]辐照后Zr-2合金包壳管小负荷维氏硬度分析[J]. 傅源杰,张海生,黄娟,李福荣,崔永海,孙凯.  核动力工程. 2012(S2)
[4]快堆先进包壳材料ODS合金发展研究[J]. 崔超,黄晨,苏喜平,宿彦京.  核科学与工程. 2011(04)
[5]氢离子辐照对CLAM钢微观结构的影响[J]. 乔建生,赵飞,黄依娜,万发荣,龙毅.  北京科技大学学报. 2009(04)
[6]核工业用高性能锆合金的研究[J]. 赵文金.  稀有金属快报. 2004(05)
[7]研究堆铝包壳元件水池贮存的腐蚀问题[J]. 罗上庚.  核科学与工程. 1999(01)
[8]改善锆合金耐腐蚀性能的概述[J]. 周邦新.  金属热处理学报. 1997(03)



本文编号：3644386