应变场下钨抗辐照性能的计算机模拟

• 作 者: 王栋
• 出 处: 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
• 发表日期: 2017年01期
• 关键词: 钨 离位阈能 级联碰撞 应变场 力学性能

钨及其合金在未来先进核能系统中具有重要应用前景。其在高能粒子轰击以及高温、应力等恶劣环境条件下发生的微观结构和性能变化,将严重影响核能系统的长期安全运行。因此,深入开展应力/应变场下钨中缺陷演化机理和钨的抗辐照性能评价研究具有重要意义。本论文采用分子动力学模拟方法,较为系统地研究了不同应变状态下钨的抗辐照性能及位错环和空洞对其力学性能的影响。主要研究内容和结果如下:1、计算了等静压应变下钨中点缺陷(自间隙子、He间隙子和空位)的形成能和双空位的结合能以及离位阈能。结果表明:随着应变由-2%(压缩)增加到2%(拉伸),自间隙子和He间隙子的形成能逐渐降低,空位形成能逐渐增加。双空位在拉应变下倾向于以第一近邻的形式结合,而在压应变下倾向于以第二近邻的形式结合。钨的离位阈能在<100>或<111>方向最小,且随着应变由-2%增加到2%逐渐降低。2、在100、300、500和1000 K下,对比研究了等静压应变和平行/垂直于PKA方向单轴应变下钨中级联碰撞行为。结果表明:等静压应变对级联碰撞的影响大于两种单轴应变,当单轴应变垂直于PKA方向时,级联碰撞随应变大小变化较小。随着等静压应变或平行于PKA方向单轴应变由-2%增加到2%,Frenkel缺陷对数量、自间隙子团簇比例和缺陷团簇尺寸均逐渐增加,空位团簇比例变化较小。单轴应变会导致自间隙子及其团簇的偏向形成:拉应变越大,沿应变方向的自间隙子及其团簇的比例越大,而压应变越大,其比例越小。应变对级联碰撞的影响随着温度的升高而降低。3、研究了300 K下单晶钨沿<100>、<110>和<111>方向的应力应变关系及位错环和空洞的影响。结果表明:单晶钨沿<111>方向强度最高,而<100>方向强度最低。位错环和空洞的存在会降低钨的强度。随着间隙型位错环尺寸增大,抗拉强度逐渐降低。随着空洞尺寸增大,抗拉强度和弹性模量均逐渐降低。