Введение к работе
, .. , ' і .
"."'7-у і
Надежность работы современных ядерных энергетических установок (ЯЭУ) определяется поведением конструкционных материалов з условиях одновременного воздействия потоков облучаюии.Х' частиц, зысоких температур, статических и динамических нагрузок, агрес-зивных сред и т.д. Возросшие требования к безопастности работы Ш, наряду с разработкой новых концепций , предполагают цела-«правленный поиск радиационно стойких материалов и разработку физически обоснованных моделей их поведения в таких условиях, /спешное решение этих вопросов требует глубокого понимания провесов, протекающих в веществе под облучением.
Во многих практически важных случаях (облучение нейтронами і тяжелыми високоэнергетическими ионами) повреждение материалов іроисходит в каскадах атомных столкновений (КАС), приводящих к зоэникновению микроскопических ( -1-Ю нм) областей повреждения : высокой локальной концентрацией точечных дефектов. При образовании и релаксации каскадных областей повреждения (КОП) наб-щцаются такие явления, как аморфизация, отжиг дефектов, эарож-їение новых фаз и вакансионных кластеров (ВК) различных типов -закансионных петель (ВП), тетраэдров из дефектов упаковки (ТДУ) і т. д. [1-3]. В результате, происходит изменение исходной микро-зтруктуры вещества и его физико-механических свойств.
Образование и релаксация КОП не поддается аналитическому описанию, так как требуется решение задачи столкновения многих гол с учетом влияния большого числа взаимосвязанных факторов. 1 другой стороны, применение экспериментальных методов осложне-10 высокой скоростью протекания процессов повреждения ( »10 -10 с) и малостью размеров КОП. Более .успешным оказывается іривлечение численних методов, реализуемых на высокопроизводительных ЭВМ. С помощью методов машинного моделирования удалось значительно продвинуться в понимании процессов радиационного ювреждения материалов в КАС [4, 5]. Однако, до последнего времв-ш также не удавалось объяснить механизм комплексообразования в саскадах, что связано, во-первых, с недостатками используемых лоделей и, во-вторых, с приближениями, положенными в основу они :шшя взаимодействия атомов в металлах. Поэтому существует нооб
ходимость дальнейшего развития теоретических представлений каскадном механизме повреждения материалов на основе совремеї ных моделей межатомных взаимодействий в металлах.
Цель диссертационной работы состояла в исследовании мето; ми машинного моделирования, с использованием дальнодействущі парных потенциалов, механизмов зарождения вакансионных класть ров в КОП ГЦК, ОЦК и ГПУ металлов. При этом основное внимаш уделялось выяснению особенностей зарождения ВК в металлах различным типом кристаллической решетки.
Научная новизна. В настоящей работе впервые:
1) Разработан и аппробирован метод использования дальне
действующих парных потенциалов для моделирования дефектов в ме
'таллах.
-
Проведено моделирование крупных (до 126 вакансий) клас теров, дефектов упаковки (ДУ) и процессов снятия ДУ у вакансио ных петель в Си, od-Fe и Zr. Получены стабильные ВП с векторам Бюргерса <100> и 1/2<111> в od-железе и 1/2[0001], 1/6<2023> 1/3<1120> в цирконии. Исследовано влияние окружающих дефекте на процесс снятия дефектов упаковки.
-
Показано, что энергетически наиболее выгодными ваканси онными кластерами являются: в Си - ТДУ, в Л-?е - ВП в плоское тях (110) с Ь=1/2<111>, в Zr - петли в базовой плоскости, а за родыши пор в этих металлах являются структурно неустойчивыми.
-
Используя результаты моделирования, в рамках анизотроп ной теории упругости получены радиусы ядер некоторых дислокації] в oL-Fe и Zr и уточнено аналитическое-выражение вклада энергш ДУ в общую энергию дефектных дислокационных петель.
-
Предложена модель для исследования -процессов зарождена вакансионных кластеров в КОП, основанная на концепции тепловоп пика.
-
Проведено моделирование процессов зарождения вакансионных петель Франка и тетраэдров из дефектов упаковки в обедненных зонах (03) меди. Предложен механизм зарождения ВПФ и ТДУ і ГЦК металлах под облучением.
-
Исследована эволюция обедненных зон каскадов в (.-желе-зе и условия зарождения вакансионных петель с векторами Бюргер-
<100> и 1/2<П1>. Предложен механизм зарождения ВП с различии векторами Бюргерса в ОЦК металлах.
-
Проведено моделирование отжига обедненных зон каскадов іирконии. Исследованы условия зарождения базовых и призмати-;ких вакансионных петель. Предложен механизм зарождения ВП в f металлах.
-
Методами машинного моделирования показано, что в про-:се релаксации сильно неравновесной КОП зарождаются не самые »ргетически выгодные конфигурации: в меди - вакансионные пет-Франка, в ОЦК-железе - ВП с векторами Бюргерса <100>, в цир-[ин - призматические вакансионные петли.
Автор выносит на защиту следующие основные положения:
- метод использования дальнодействующих парных потенциалов
моделировании дефектов и результаты его аппробации;
результаты моделирования крупных вакансионных кластеров, ефектов упаковки в Си, оС -Fe и 2г;
результаты исследования процессов снятия дефектов упа-ки вакансионных петель в Л --железе и цирконии;
результаты моделирования отжига обедненных зон каскадов еди, -железе и цирконии;
механизм зарождения в 03 ГЦК металлов вакансионных пе-ь Франка и тетраэдров из дефектов упаковки;
механизм зарождения вакансионных петель с векторами Бюр-38 <100> и 1/2<111> в 03 ОЦК металлов;
- механизм зарождения базовых и призматических вакансион-
петель в 03 ГПУ металлов.
Научная и практическая ценность диссертации. Предложенный зботе метод использования дальнодействующих потенциалов поэ-іет уже на современных ЭВМ моделировать крупные дефектные :теры и процессы их зарождения с использованием дальнодейст-1ИХ парных потенциалов полученных из теории псевдопотенциала, гченные характеристики дислокаций могут быть использованы в >етических расчетах по теории упругости. Развитые в работе іставления о механизмах зарождения вакансионных кластеров в :адных областях ГЦК, ОЦК и ГПУ металлов объясняют ряд экспе-
риментальных данных и могут быть использованы при прогнозировании поведения материалов под облучением.
Апробация. Основные результаты исследований докладывались на 6 школе по физике радиационных повреждений (Алушта 1987г.), на XIV и XVI школах по радиационной физике металлов и сплавов (Бакуриани 1987г., 1989г.), на 24,25,28 и 29 семинарах по моделированию радиационных дефектов на ЭВМ ( Алма-Ата 1986г., 1988, Тбилиси 1986г., Ташкент 1988г.), на 4 Всесоюзном совещании по ра диационным дефектам в металлах (Алма-Ата 1986г).
По теме диссертации опубликовано 10 основных работ.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем составляет 177 страниц, включая 46 рисунков, 24 таблицы и список литературы из 158 наименований