Статья 13114

Название статьи

МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАСКАДОВ АТОМНЫХ СМЕЩЕНИЙ
В СПЛАВЕ FeCr

Авторы

Муралев Артем Борисович, аспирант, Ульяновский государственный университет
(Россия, г. Ульяновск,ул. Льва Толстого, 42), a.b.muralev@yandex.ru
Тихончев Михаил Юрьевич, кандидат физико-математических наук, начальник лаборатории компьютерного моделирования неорганических материалов, Научно-исследователь-ский технологический институт имени С. Капицы, Ульяновский государственный университет (Россия, г. Ульяновск,ул. Льва Толстого, 42), tikhonchev@sv.ulsu.ru
Светухин Вячеслав Викторович, доктор физико-математических наук, профессор, директор научно-исследовательского технологического института имени С. Капицы, Ульяновский государственный университет (Россия, г. Ульяновск,ул. Льва Толстого, 42), slava@sv.uven.ru

Индекс УДК

544.022.342, 544.022.344.2

Аннотация

Актуальность и цели. Стали различных типов являются одними из наиболее распространенных конструкционных материалов ядерных реакторов, планируется их широкое применение в разрабатываемых реакторах нового поколения и реакторах термоядерного синтеза. Также в связи с возрастающими требованиями к способности материалов работать при повышенных температурах и дозных нагрузках возникают задачи выбора и разработки новых конструкционных материалов с повышенной радиационной стойкостью. Несмотря на достаточно большой опыт эксплуатации, вопросы достоверного теоретического описания и предсказания поведения материалов под облучением остаются открытыми.
Материалы и методы. Моделирование каскадов атомных смещений в сплаве FeCr с различными концентрациями хрома проводилось методом молекулярной динамики. Для описания межатомного взаимодействия была использована модифицированная версия многочастичного потенциала, предложенного А. Каро и др. и хорошо воспроизводящего кривую энтальпии смешения случайного ферромагнитного сплава FeCr.
Результаты. Молекулярно-динамическое моделирование проведено в пяти сплавах FeCr (Fe – 5ат.% Cr, Fe – 10ат.% Cr, Fe – 14ат.% Cr, Fe – 20ат.% Cr, Fe – 25ат.% Cr) для температуры 300 К. Рассмотрению подлежали каскады атомных смещений для энергий первично-выбитого атома 10 и 20 кэВ. На основе полученных результатов моделирования проведен количественный анализ образующихся радиационных дефектов, оценено содержание хрома в междоузельных конфигурациях на момент затухания каскада. Также получены результаты по кластеризации точечных дефектов в исследуемых сплавах при первичном радиационном воздействии.
Выводы. Количество радиационных дефектов, образующихся на завершающей стадии развития каскадов атомных смещений для выбранных энергий смещения, практически не зависит от содержания хрома в исходной матрице сплава; концентрация атомов хрома в междоузельных конфигурациях превосходит исходную концентрацию хрома в матрице от 1,6 до 2 раз, увеличение доли хрома в сплаве приводит к постепенному уменьшению его концентрации междоузлиях; доля кластеризованных вакансий с учетом погрешностей практически равна доле кластеризованных междоузельных конфигураций для всех рассмотренных случаев.

Ключевые слова

каскады атомных смещений, метод молекулярной динамики, пара Френкеля.

Скачать статью в формате PDF
Список литературы

1. Gaganidze, E. Mechanical properties and TEM examination of RAFM steels irradi-ated up to 70 dpa in BOR-60 / E. Gaganidze, C. Petersen, E. Materna-Morris, C. Dethloff, O. J. Weiß, J. Aktaa, A. Povstyanko, A. Fedoseev, O. Makarov, V. Prokhorov // J. Nucl. Mater. – 2011. – Vol. 417. – P. 93.
2. Malerba, L. Multiscale modelling of radiation damage and phase transformations: The challenge of FeCr alloys / L. Malerba, A. Caro, J. Wallenius // J. Nucl. Mater. – 2008. – Vol. 382. – P. 112–125.
3. Matijasevic, M. Effect of Cr on the mechanical properties and microstructure of Fe–Cr model alloys after n-irradiation / M. Matijasevic, A. Almazouzi // J. Nucl. Mater. – 2008. – Vol. 377. – P. 147–154.
4. Mansur, L. K. Materials needs for fusion, Generation IV fission reactors and spallation neutron sources – similarities and differences / L. K. Mansur, A. F. Rowcliffe, R. K. Nanstad et al. // J. Nucl. Mater. –2004. – Vol. 329–333. – P. 166–172.
5. Terentyev, D. A. Displacement cascades in Fe-Cr. A molecular dynamics study / D. A. Terentyev, L. Malerba, R. Chakarova, K. Nordlund, P. Olsson, M. Rieth, J. Wallenius// J.Nucl. Mater.– 2006. – Vol.349(1).– P.119–132.
6. Tikhonchev, M. MD simulation of atomic displacement cascades near chromium-rich clusters in FeCr alloy / M. Tikhonchev, V. Svetukhin, E. Gaganidze // J. Nucl. Ma-ter. – 2013. – Vol. 442. – P. S618–S623.
7. Malerba, L. Molecular dynamics simulation of displacement cascades in Fe–Cr alloys / L. Malerba, D. Terentyev, P. Olsson, R. Chakarova, J. Wallenius // J. Nucl. Mater.–2004.–V.329–333(Part B).–P.1156–1160.
8. Wallenius, J. Modeling of chromium precipitation in Fe-Cr alloys / J. Wallenius, P. Olsson, C. Lagerstedt, N. Sandberg, R. Chakarova, V. Pontikis // Physical Review B. – 2004. – Vol. 69. – P. 94103-1–94103-9.
9. Shim, J.-H. Molecular dynamics simulation of primary irradiation defect formation in Fe–10 % Cr alloy / J.-H. Shim, H.-J. Lee, B. D. Wirth // J. Nucl. Mater. – 2006. – Vol. 351. – P. 56–64.
10. Tikhonchev, M. MD simulation of atomic displacement cascades in Fe–10 at. % Cr binary alloy / M. Tikhonchev, V. Svetukhin, A. Kadochkin, E. Gaganidze // J. Nucl. Ma-ter. – 2009. – Vol. 395. – P. 50–57.
11. Caro, A. Classical Many-Body Potential for Concentrated Alloys and the Inversion of Order in Iron-Chromium Alloys / A. Caro, D.A. Crowson, M. Caro // Phys. Rev. Lett. – 2005. – Vol. 95(7). – P. 4.
12. Mendelev, M. I. Development of new interatomic potentials appropriate for crystalline and liquid iron / M.I.Mendelev, S.Han, D.J. Srolovitz, G.J. Ackland, D.Y.Sun, M.Asta//Phil.Mag.–2003.–Vol. 83. – P.3977–3994.
13. Olsson, P. Ab initio formation energies of Fe-Cr alloys / P. Olsson, I. A. Abrikosov, L. Vitos, and J. Wallenius // J. Nucl. Mater. – 2003. – Vol. 321. – P. 84–90.
14. Ackland, G. J. Development of an interatomic potential for phosphorus impurities in a-iron / G. J. Ackland, M. I. Mendelev, D. J. Srolovitz, S. W. Han, A. V. Barashev // J. Phys.: Condens. Matter. – 2004. – Vol. 16. – P. 2629–2642.
15. Bohr, N. On the penetration of charged particles through matter / N. Bohr, Kgl. Dansk, Vid. Selsk // Mat. Fys. Medd. – 1948. – Vol. 18. – P. 1–141.
16. Ziegler, J. F. The stopping and range of ions in solids / J. F. Ziegler, J. P. Biersack, U. Littmark. – Vol. 1. – New York : Pergamon Press, 1985. – 321 р.
17. Olsson, P. Ab initio study of Cr interactions with point defects in bcc Fe / P. Olsson, C. Domain, J. Wallenius // Phys. Rev. B. – 2007. – Vol. 75. – P. 014110-1–014110-12.

 

Дата создания: 23.07.2014 12:12
Дата обновления: 23.07.2014 15:12