氦在鎳中的聚團(tuán)行為及缺陷產(chǎn)生的原子水平研究.pdf

1、在核技術(shù)和核工業(yè)領(lǐng)域中，氦的產(chǎn)生和聚集對(duì)于聚變、裂變堆壁金屬材料造成的損傷一直是困擾核材料使用安全的重大問(wèn)題。氦對(duì)材料的影響主要體現(xiàn)在氦的聚合、氦泡形成，材料腫脹，從而破壞材料的力學(xué)性能。因此很有必要對(duì)氦在金屬體內(nèi)遷移、擴(kuò)散、聚集以及與各類缺陷的相互作用進(jìn)行深入地研究，進(jìn)而可探討這些微觀演化與材料力學(xué)行為間的密切關(guān)系。目前，通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)的手段人們從各種層次進(jìn)行了研究。其中利用計(jì)算機(jī)模擬方法(包括第一原理計(jì)算、分子動(dòng)力學(xué)和蒙特卡洛方法)

2、可以較好的得到氦原子在材料體內(nèi)的聚集行為。然而相關(guān)的研究與實(shí)際情況仍有很大的差距，其物理過(guò)程有待進(jìn)一步的深入探討。此外，溫度對(duì)氦原子在材料體內(nèi)的擴(kuò)散、聚集和溶解具有重要的影響，是模擬計(jì)算中需要考慮的因素，而相關(guān)的研究還比較少。 本工作利用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬了氦團(tuán)簇在fcc鎳金屬體內(nèi)形成過(guò)程及其穩(wěn)定構(gòu)型。在此基礎(chǔ)上計(jì)算了單個(gè)氦原子與團(tuán)簇間結(jié)合能隨團(tuán)簇內(nèi)氦原子數(shù)變化的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而研究了溫度對(duì)氦原子成團(tuán)的影響。結(jié)果表明在氦原子成團(tuán)過(guò)

3、程中存在著氦原子解離與基體Ni原子離位而產(chǎn)生自間隙原子的競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程，這源于氦一氦的相互作用與鎳一氦相互作用的競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)氦團(tuán)簇中氦原子個(gè)數(shù)達(dá)到某一臨界值時(shí)，基體原子被擠出而產(chǎn)生自間隙原子。氦和團(tuán)簇之間的結(jié)合能也隨著自間隙原子個(gè)數(shù)升高而增加，氦團(tuán)簇因此會(huì)長(zhǎng)大。隨著溫度的升高，伴隨著更多的自間隙原子產(chǎn)生，氦團(tuán)簇體積發(fā)生膨脹。研究表明自間隙原子產(chǎn)生對(duì)氦原子成團(tuán)具有關(guān)鍵作用。這有助于了解和掌握He泡早期的形核過(guò)程，從而在原子尺度理解He泡演化與其宏觀