氦在鎳中的聚團行為及缺陷產(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題。氦對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性能。因此很有必要對氦在金屬體內(nèi)遷移、擴散、聚集以及與各類缺陷的相互作用進行深入地研究，進而可探討這些微觀演化與材料力學行為間的密切關(guān)系。目前，通過理論和實驗的手段人們從各種層次進行了研究。其中利用計算機模擬方法(包括第一原理計算、分子動力學和蒙特卡洛方法)

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)的研究與實際情況仍有很大的差距，其物理過程有待進一步的深入探討。此外，溫度對氦原子在材料體內(nèi)的擴散、聚集和溶解具有重要的影響，是模擬計算中需要考慮的因素，而相關(guān)的研究還比較少。 本工作利用分子動力學方法模擬了氦團簇在fcc鎳金屬體內(nèi)形成過程及其穩(wěn)定構(gòu)型。在此基礎(chǔ)上計算了單個氦原子與團簇間結(jié)合能隨團簇內(nèi)氦原子數(shù)變化的函數(shù)關(guān)系，進而研究了溫度對氦原子成團的影響。結(jié)果表明在氦原子成團過

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