α-鐵中氦泡在高能級(jí)聯(lián)作用下的穩(wěn)定性.pdf

1、輻照對(duì)聚變反應(yīng)堆第一壁材料的影響一直都是材料科學(xué)關(guān)注的重點(diǎn)之一。由于氦基本上不溶于材料基體，氦原子易于被缺陷所捕獲，形成氦-空位(He-V)團(tuán)，甚至形成氦泡。氦泡的形成會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)堆材料出現(xiàn)空洞腫脹，從而使材料發(fā)生脆化或表面出現(xiàn)泡狀，變得粗糙，使材料的宏觀性能下降。因此，氦泡在材料中的產(chǎn)生和演變受到了很大的關(guān)注。 本文以α-Fe中納米尺寸的氦泡為研究對(duì)象，應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，研究了高能位移級(jí)聯(lián)同氦泡的相互作用和氦泡的穩(wěn)定性。氦

2、泡的初始體積約為212和636 。A3，氦泡中的氦與空位個(gè)數(shù)之比(He/V)的初始值取0.5到3，級(jí)聯(lián)能(PKA)高達(dá)40 keV，研究了氦泡的尺寸和He/V比率的變化，分析初始He/V比率和PKA能量對(duì)級(jí)聯(lián)作用下氦泡穩(wěn)定性的影響。同時(shí)，還研究了不同相互作用勢(shì)(第一種勢(shì)：Fe-Fe，F(xiàn)e-He和He-He相互作用勢(shì)分別用Ackland勢(shì)，Wilson-Johnson勢(shì)和Beck勢(shì)；第二種勢(shì)：G J Ackland的Fe-Fe勢(shì)，T.Se

3、letskaia的Fe-He勢(shì)和R.A.Aziz的He-He勢(shì))對(duì)模擬結(jié)果的影響。 模擬結(jié)果顯示對(duì)于兩種相互作用勢(shì)，氦泡的穩(wěn)定性主要依賴于初始He/V比率和PKA能量，與氦泡的初始尺寸大小有很小的關(guān)系。當(dāng)初始He/V比率為3時(shí)，級(jí)聯(lián)使得氦泡的體積增加，He/V比率減少；當(dāng)初始He/V比率為0.5時(shí)，級(jí)聯(lián)使得氦泡的體積減少，He/V比率增加。當(dāng)初始He/V比率為1時(shí)，氦泡的穩(wěn)定性與PKA能量有微弱關(guān)系。在對(duì)He/V比率為3的氦泡與

4、級(jí)聯(lián)的相互作用模擬結(jié)果分析中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于相同的PKA能量，氦泡的尺寸越大，級(jí)聯(lián)作用后產(chǎn)生的自間隙原子(SIAs)團(tuán)的尺寸越大，而產(chǎn)生的SIAs團(tuán)的數(shù)目越少。對(duì)于相同尺寸的氦泡，級(jí)聯(lián)的PKA能量越大產(chǎn)生的小間隙原子團(tuán)的數(shù)目越多，但是尺寸保持基本不變。 然而，兩種相互作用勢(shì)之間存在著一定的差異。這是由于勢(shì)本身的特征對(duì)氦泡與級(jí)聯(lián)的相互作用產(chǎn)生了一定的影響。級(jí)聯(lián)作用后，第二種勢(shì)得到氦泡中空位數(shù)目的改變量比第一種勢(shì)大。兩種相互作用勢(shì)都得到氦

5、原子從母泡脫離的幾率隨著PKA能量的增加而減少，但是對(duì)于相同的PKA能量，第二種勢(shì)得到的幾率比第一種勢(shì)大。當(dāng)初始He/V比率為3時(shí)，級(jí)聯(lián)產(chǎn)生的SIAs團(tuán)的數(shù)目和尺寸與相互作用勢(shì)有關(guān)。級(jí)聯(lián)作用后，對(duì)于相同的PKA能量第二種勢(shì)得到SIAs團(tuán)的數(shù)目和尺寸比第一種勢(shì)大。這是由于第二種勢(shì)在熱峰相階段產(chǎn)生了更多的次級(jí)聯(lián)，而次級(jí)聯(lián)的交疊將形成更大的團(tuán)。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)次級(jí)聯(lián)發(fā)生的幾率隨著PKA能量的增加而增加。這些都表明第一種勢(shì)模擬的氦泡比第二種勢(shì)的更穩(wěn)定