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钨晶界与位错沉积强度偏差因子的动力学蒙特卡洛计算

批准号:
12075023
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
金硕
依托单位:
学科分类:
粒子束与物质相互作用
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
金硕

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
沉积强度偏差因子定义为晶界或位错等沉积缺陷对间隙原子与空位的吸收能力的差异,可定量表征中子辐照条件下材料的辐照肿胀。核材料中本征缺陷及其辐照后的点缺陷等因素是影响材料本身性能的关键,精确计算沉积强度偏差因子十分必要且重要。.本项目针对未来抗辐照核材料设计的战略需求,以聚变面对等离子体钨基壁材料为载体,拟应用和发展自演化原子动力学蒙特卡洛方法,并结合分子动力学等模拟,系统计算不同类型的晶界和位错中点缺陷扩散动力学行为及其与晶界和位错的关系,发挥算法在考征原子尺度缺陷动力学过程和时空尺度模拟的优势,籍此高效准确获得钨中晶界和位错的沉积强度偏差因子,进而预测中子辐照核材料的肿胀率及其它力学性能,为未来抗辐照核材料设计提供有力依据和理论指导。
英文摘要
Bias factor of sink strength is defined as the absorption ability difference of SIA atom and vacancy by deposition defects such as grain boundary or dislocation. It’s a quantitative characterization of irradiation swelling of materials under neutron irradiation. The intrinsic defects and the point defects produced after irradiation in nuclear materials are the key factors affecting the properties of materials. Therefore, calculating the bias factor of sink strength accurately is essential and important..This project focuses on the major strategic needs of the future design of radiation resistant nuclear materials and takes W-based material, which is the most promising plasma wall facing material as carrier. We plan to use and develop the self-evolving atomistic kinetic Monte Carlo (SEAKMC) method, combined with molecular dynamics and other simulation methods to calculate the diffusion dynamics behavior of point defects, and its relationship with grain boundary/dislocation in grain boundary/dislocation of different parameters systematically. By using the advantages of algorithm in the investigation of the dynamic process of defects at atomic scale and the simulation at spatiotemporal scale, the bias factor of sink strength of grain boundaries and dislocations in tungsten can be obtained efficiently and accurately. Then the swelling rate and other mechanical properties of neutron irradiated materials can be predicted. We are aimed to provide a strong basis and theoretical guidance for the design of radiation resistant nuclear materials in the future.
在核聚变反应堆中,等离子体面对材料(PFMs)暴露于高温和高能中子辐照环境中,导致材料体积膨胀,并严重降低其热机械性能。这种性能退化始于辐照引入的点缺陷(PDs),包括由级联碰撞产生的空位和自间隙原子(SIAs)。尽管大多数具有较高迁移率的空位和 SIA 在辐照早期会相互复合,但剩余的点缺陷不可避免地会与材料中的位错和晶界等本征缺陷相互作用。这些本征缺陷充当点缺陷的汇,并且通常表现出不同的 SIA 和空位吸收能力,可通过捕获效率来表征。通常,由于 SIA 和空位的原子迁移率存在显著差异,SIA 被汇捕获的数量远多于空位,因此材料中残留了大量空位,最终导致材料的体积膨胀。因此,为了揭示体积膨胀机制,理解点缺陷与汇的相互作用机制,并准确评估不同汇对 PDs 的捕获效率至关重要。本研究系统地研究了点缺陷与两种 1/2〈111〉{110} 和 1/2〈111〉{112} 刃位错之间的相互作用行为,采用分子动力学(MD)、弹性交偶张量和动力学蒙特卡罗(KMC)方法,在钨(W)中进行计算。首先,我们通过 MD 计算空位及四种 SIA 与两种刃位错的结合能,以确定它们的捕获区域。随后,我们利用 MD 和弹性交偶张量方法研究点缺陷在位错系统中的扩散能垒,并发现其具有各向异性分布。接着,我们采用 KMC 方法计算点缺陷的寿命,并在不同温度和位错密度下计算两种刃位错对 PDs 的捕获效率。研究结果表明,空位的捕获效率随着温度升高而降低,而 SIA 的捕获效率则随温度升高先增加后降低。随着位错密度的增加,PDs 的捕获效率也随之升高。最终,我们基于捕获效率估算了肿胀速率,并发现其值位于实验数据范围内。肿胀速率随温度升高先增加后降低,在约 1200 K 时达到最大值,而随着位错密度的增加,肿胀速率持续升高。本研究结果为速率理论和相场模拟等大尺度模拟方法提供了重要的数据库。
钨表面氢及氢同位素聚集与起泡的动力学研究
  • 批准号:
    11675009
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    金硕
  • 依托单位:
钼材料中氢行为及起泡微观机制的理论研究
  • 批准号:
    51001006
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    金硕
  • 依托单位:
s-d 波混合的核类似铜酸盐高温超导模型的代数结构及代数方法应用的研究
  • 批准号:
    10447103
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    2.0万元
  • 批准年份:
    2004
  • 负责人:
    金硕
  • 依托单位:
国内基金
海外基金