Fe、Ni金屬單質與Fe-Ni金屬納米多層膜的輻照損傷機理研究.pdf

1、金屬材料等在核電站反應堆內的高溫、高壓、輻照、腐蝕等極端惡劣環(huán)境下工作，極易引起材料輻照脆化，腫脹，蠕變等宏觀性能變化，導致機械性能下降而材料失效。研發(fā)安全性更高的新型材料、探索材料的輻照損傷機理是我國先進核能技術發(fā)展道路上亟待解決的重要課題。本文針對Fe、Ni單質金屬材料和Fe-Ni金屬納米多層膜材料，利用分子動力學計算方法，開展了晶格取向、界面構型、PKA入射能量等因素對材料輻照損傷的作用機理研究。
　　主要研究內容及結論如下

2、：
　　1）建立不同晶格取向的Fe、Ni單質金屬模型，模擬材料在100 K溫度、1-10 keV輻照PKA能量下的缺陷演化行為。研究結果表明，級聯碰撞過程中材料缺陷經歷急速上升，達到峰值，繼而緩慢下降直到最終穩(wěn)定的過程；隨PKA能量增加，缺陷峰值、最終穩(wěn)定值都上升，并且達到缺陷峰值和最終穩(wěn)定值的過程時間也延長，這表明輻照 PKA能量的增加加劇了材料輻照損傷；不同晶格取向的Fe單質或Ni單質受相同PKA能量輻照時，最終穩(wěn)定缺陷數目相

3、近，表明晶格取向對材料的輻照損傷影響不明顯；比較Fe、Ni兩種單質輻照后缺陷數，發(fā)現Ni的原子離位閾值比Fe原子高，相同能量下Ni原子離位概率小，因此在相同PKA能量輻照下，Fe單質的輻照損傷較Ni單質嚴重。
　　2）建立不同界面構型的Fe-Ni金屬納米多層膜模型，分別模擬了KS、NW、Bain、Pistch四種界面構型的金屬納米多層膜材料，在100 K溫度、1-10 keV輻照PKA能量下的界面損傷及界面兩側塊體中的缺陷演化行為

4、。研究結果表明，相同輻照條件下，四種界面構型金屬納米多層膜塊體中缺陷數均比Fe、Ni單質少，表明金屬納米多層膜材料具有良好的耐輻照能力；此多層膜材料的四種界面受輻照后均會產生不同程度的損傷，其中NW界面原子排列緊密、界面損傷較小，但不同界面兩側塊體中缺陷數目與界面構型并無關聯關系。
　　本文研究了不同晶格取向的Fe、Ni單質金屬材料和不同界面構型的Fe-Ni金屬納米多層膜材料的輻照損傷機理。研究結果將有助于提升我國核電工程耐輻照材