FeCr、FeNi合金级联碰撞的分子动力学模拟

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铁基材料FeCr合金和FeNi合金是未来核聚变和核裂变反应堆的重要候选材料。对由级联碰撞导致的初始损伤状态的研究是中子辐射损伤模拟的出发点。本文利用分子动力学方法对6种Cr或Ni浓度的FeCr合金或FeNi合金中子辐射的级联碰撞进行了模拟。重点考察了级联碰撞达到峰值的时间、峰值缺陷数量、平均残留的缺陷对数量、自间隙和空位团簇所占总缺陷对数的比例以及Cr或Ni在自间隙缺陷中所占比例,分析了Cr或Ni浓度对FeCr合金或FeNi合金级联碰撞的影响。  模拟结果表明,缺陷达到峰值的时间、峰值缺陷数量、平均残留的缺陷对数量和空位团簇所占总缺陷对数的比例在6种不同Cr浓度的FeCr合金中几乎是一致的,在高Cr浓度的FeCr合金的自间隙团簇所占总缺陷对数的比例略大于在低Cr浓度的FeCr合金。Cr原子在自间隙缺陷中所占比例是其模拟体系中Cr浓度的两倍左右,说明Cr原子在自间隙缺陷中有聚集趋势。  对于FeNi合金,随着Ni浓度的上升直到达到30%,达到峰值的时间、峰值缺陷数量、平均残留的缺陷对数量也随之增加,说明Ni浓度的增加使得级联碰撞更为剧烈。同时随着Ni浓度的增加,与纯Fe的情况相比,自间隙团簇所占比例有先下降再上升的趋势。FeNi合金中空位团簇所占比例随Ni浓度的增加有所下降。同FeCr合金中发现的规律一样,在FeNi合金中Ni原子在自间隙缺陷中所占比例大于其模拟体系中的Ni浓度,说明Ni原子在自间隙缺陷中也有聚集趋势。
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