低活化鋼中子輻照后氦泡硬化機(jī)理的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、作為未來聚變反應(yīng)堆的主要候選結(jié)構(gòu)材料之一的低活化鐵素體/馬氏體鋼受到高能中子輻照后發(fā)生（n，α）反應(yīng)引入大量的氦原子。結(jié)構(gòu)鋼中的氦原子很容易聚集而形成納米尺度的氦泡。氦泡會(huì)阻礙位錯(cuò)滑移，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能。由于通過實(shí)驗(yàn)手段研究輻照過程中氦泡與位錯(cuò)相互作用的微觀過程十分困難，因此，采用原子尺度的模擬方法研究α-Fe中刃位錯(cuò)與氦泡的微觀作用機(jī)制很有必要。本論文基于周期性位錯(cuò)陣列模型，利用分子動(dòng)力學(xué)方法研究了低活化鋼中子輻照后氦泡導(dǎo)致硬

2、化的微觀機(jī)理，重點(diǎn)研究了輻照溫度和常溫下氦空位比例對(duì)位錯(cuò)與氦泡作用機(jī)制影響的差異性。
　　輻照高溫下位錯(cuò)與氦泡作用時(shí)，當(dāng)氦空位比例在0到1之間變化時(shí)，氦空位比例對(duì)臨界剪切應(yīng)力影響較弱，有先增大后減小的趨勢(shì)，He/V=0.5的氦泡釘扎位錯(cuò)能力最強(qiáng);隨著氦空位比例進(jìn)一步升高，在一定的氦空位比例范圍內(nèi)，氦泡中氦原子的數(shù)量對(duì)位錯(cuò)的攀移難易程度有很大的影響，氦泡內(nèi)氦原子數(shù)量的增加可以促進(jìn)位錯(cuò)的攀移，臨界剪切應(yīng)力隨之減小;當(dāng)氦空位比例增大到最

3、大值時(shí)，氦泡與位錯(cuò)作用機(jī)制改變出現(xiàn)排斥機(jī)制，引起臨界剪切應(yīng)力上升。常溫時(shí)位錯(cuò)與氦泡作用時(shí)，臨界剪切應(yīng)力隨氦空位比例的變化關(guān)系在氦空位比例較低時(shí)與輻照溫度下的變化規(guī)律一致，但在氦空位比例接近踢出位錯(cuò)環(huán)的濃度時(shí)，1 nm氦泡和2nm氦泡同樣出現(xiàn)了排斥機(jī)制，可能由于氦泡冷凍常溫的影響，臨界剪切應(yīng)力的變化規(guī)律不一致，原因還有待進(jìn)一步研究。
　　位錯(cuò)與氦泡的排斥機(jī)制是指當(dāng)氦泡的氦空位比例接近氦泡踢出位錯(cuò)環(huán)的氦濃度，氦泡嚴(yán)重超壓，與位錯(cuò)接觸瞬