核反应堆材料库仑爆炸效应的分子动力学研究

发布时间：2023-12-11 19:17

　　核反应堆材料的抗辐照能力及其在强辐照场恶劣环境下各种性能的变化情况直接决定着核反应堆的安全运行。与轻粒子不同,当入射重离子的能量足够高时,重离子与物质相互作用将产生特殊的辐照损伤效应,库仑爆炸效应即是其中之一。但是由于库仑爆炸效应发生在纳秒时间量级,所以现在的实验条件还无法连续地观察其发生发展的过程。近几十年来,随着计算机技术的发展,分子动力学方法(MD)已经可以对纳米尺度原子体系在皮秒级时间尺度上进行研究。本论文的主要内容就是利用分子动力学方法模拟库仑爆炸效应,在纳米空间尺度范围和皮秒时间量级内模拟库仑爆炸效应,考察晶体微观结构的变化以及分析影响库仑爆炸效应的主要因素。本论文工作中选取单晶硅材料、单晶碳化硅材料和单晶二氧化铀材料作为研究对象。单晶硅材料是探测器元件,广泛地应用于核工程探测中,而且也是重要的半导体材料;碳化硅材料在新型惰性基质燃料中作为基质材料与二氧化钚烧结在一起形成新型核燃料;二氧化铀材料作为燃料已经广泛应用于轻水核反应堆中。这些材料在核工程的应用中不可避免的将遭受到高能量重离子的轰击,在材料内部产生库仑爆炸效应。为了达到研究库仑爆炸效应的目的,本论文的工作中使用了经...

【文章页数】：112 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究目的及意义
    1.2 核反应堆材料辐照损伤效应
    1.3 核反应堆材料辐照损伤的国内外研究现状
        1.3.1 核反应堆材料辐照损伤的理论研究
        1.3.2 核反应堆材料辐照损伤的实验研究
    1.4 主要研究内容
第2章 库仑爆炸效应及研究方法
    2.1 重离子辐照效应
    2.2 库仑爆炸效应
    2.3 研究方法
        2.3.1 分子动力学研究方法
        2.3.2 分子动力学研究过程
    2.4 本章小结
第3章 硅材料的库仑爆炸效应
    3.1 硅材料特性和用途
    3.2 模拟计算过程
        3.2.1 模型体系
        3.2.2 弛豫过程
        3.2.3 电离过程
        3.2.4 冷却过程
    3.3 结果和结论
        3.3.1 熔化和非晶化现象
        3.3.2 电离时间对库仑爆炸效应的影响
        3.3.3 初始温度对库仑爆炸效应的影响
        3.3.4 库仑爆炸效应产生的冲击波
        3.3.5 体系内能量的转化
        3.3.6 库仑爆炸效应产生的原子溅射现象
    3.4 本章小结
第4章 碳化硅材料的库仑爆炸效应
    4.1 碳化硅材料的性质和用途
        4.1.1 碳化硅材料的性质
        4.1.2 碳化硅材料在核工程领域的应用
    4.2 体系模型及模拟过程
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 微观结构的变化
        4.3.2 电离时间对库仑爆炸效应的影响
        4.3.3 初始温度对库仑爆炸效应的影响
        4.3.4 库仑爆炸效应产生的冲击波
    4.4 本章小结
第5章 二氧化铀材料的库仑爆炸效应
    5.1 二氧化铀材料在核反应堆内的辐照损伤
    5.2 二氧化铀材料内的库仑爆炸效应
    5.3 模拟计算的方法和步骤
    5.4 结果和讨论
        5.4.1 熔化和非晶化现象
        5.4.2 电离时间对库仑爆炸效应的影响
        5.4.3 初始温度对库仑爆炸效应的影响
        5.4.4 库仑爆炸效应产生的冲击波
        5.4.5 材料体系内能量的转化
        5.4.6 库仑爆炸效应进一步的讨论
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
个人简历



本文编号：3873205