輻照模擬調(diào)研如何

1、輻照的基本概念：輻照如何模擬？種影響，必須要研究它們的輻照效應(yīng)。反應(yīng)堆線的種類很多，但對結(jié)構(gòu)材料來講，粒子、粒子和射線對材料的損傷都不大，而中子的影響是最大的， 因此在輻照對材料的影響（即輻照損傷）時，主要是研究中子輻照對材料性能在反應(yīng)堆子帶著MeV 量級的能量入射材料子與材料的原子發(fā)離位效應(yīng)（級聯(lián)碰撞過程（PKA會與其他陣點原子相碰撞，產(chǎn)生二級、三級.n （Casade能量以彈性碰撞的方式傳輸給被擊的點陣原子 ，這些被擊點陣原子稱為而這 些初級碰撞原子又可作為彈撞擊其他的點陣原子并使之發(fā)生離級離位的碰撞原子，使一個原子產(chǎn)生位移所需的能量Ed 稱為晶格原子離位閾能。一個MeV 量級(Annea

2、ling)而，也可以 而形成較大尺寸的缺陷團（位錯環(huán)、空洞。一個空位加一個間隙原子成為一個 對。一個快中子會造成在 10nm 的長度上dpa(Displacements Per Atom)被材料輻照效應(yīng)是射線粒子（中子、質(zhì)子、重離子、電子、Gamma 射線） 與材料物質(zhì)相互作用造成的材料物理、能及組織成分與結(jié)構(gòu)上的變化。材料輻照效應(yīng)來自于入射到材料中的射線粒子與材料原子的相互作用，包括碰撞過程、缺陷形成過程和微觀結(jié)構(gòu)演化過程。材料輻照效應(yīng)隨射線的種類、能量、材料性質(zhì)和輻照環(huán)境（溫度、應(yīng)力等）不同而變化。在晶體中，輻照產(chǎn)生的各種缺陷一般稱為輻照損傷damage)。入射粒子與晶格原子碰撞，傳遞給靶

3、原子的能超過離位閾能（晶格點陣位置的能時，原子便可離開晶格位置，稱為離位，造成的損傷稱為離位損傷。對于金屬材料，最 簡單的輻照缺陷是孤立的點缺陷，即缺陷對（由一個離位原子變?yōu)殚g隙原子以及離位后的晶格空位組成。直接被入射粒 子碰撞產(chǎn)生離位的原子稱為初級離位原子(PKA)，如果初級離位原子具有足夠的動能，能夠繼續(xù)碰撞其他晶格原子，稱為級聯(lián)碰撞。一般情況下，中子與重離子輻照會造成級聯(lián)碰撞，一個入射粒子輻照會在很小的體積內(nèi)產(chǎn)生數(shù)百個缺陷對。在一定溫度 下，間隙原子和空位可以遷移，從而彼此復(fù)合，或擴散到位錯、晶界或表面等處而湮沒，也可成空位團或形成位錯環(huán)。離位 損傷可造成材料輻照硬化、輻照脆化、輻照蠕變

4、和輻照腫脹。輻照缺陷還改變材料中原子擴散行為，并促使一系列由擴散控制或 影響的過程加速進行，導(dǎo)致溶解，沉淀，偏聚等非平衡態(tài)。在中子或者高能質(zhì)子輻照情況下，核反應(yīng)會產(chǎn)生嬗變核素。在反應(yīng)堆中子輻照情況下，由于（n，p）和（n，Alpha）反應(yīng)，造成材料中氫和氦增加，氫氦與離位損傷的共同作用，往往導(dǎo)致材料損傷更嚴(yán)重。對于某些材料如高分子聚合物，陶瓷或硅酸鹽等，另一類損傷，即電離損傷也很重要。入射粒子的另一部分能量轉(zhuǎn)移給材料中的電子，使之激發(fā)或電離。這部分能量可導(dǎo)致健的斷裂和輻照分解，相應(yīng)的引起材料強度喪失，介電擊穿強度下降等現(xiàn)象。工具：Lammps 或MD 編程均可SiC TersoffSiC 原子

5、之間的作用勢采用 ZBL 勢函數(shù)。首先在 300K 的溫度下弛豫以使得系統(tǒng)原子達(dá)到平衡狀的Si（或C原子和200keV的Au原子【輻照環(huán)境的中子能譜一般在10250keV50300keV 這主要是為了減少溝道效應(yīng)。入射原子隨機入射模擬 100 次。由于 Weber 之前的模擬中都顯示級聯(lián)碰撞過程的時間尺為 ps 量級，所以模擬采取的時間為 作為判斷的標(biāo)準(zhǔn)。在理想晶體中，每個格點位置有一個Wigner-Seitz 區(qū)，僅包含 Wigner-Seitz0.5rnn之外的原子標(biāo)記為界面輻照性能的分子動力學(xué)模擬（SiC/C 界面的輻照損傷機理尚不明確（界面的優(yōu)化設(shè)計成為研究熱點）SiC/SiC 復(fù)合材

6、料整體性能的重要因素。界面的輻較差。WallaceSiC/C界面的輻照性能，發(fā)現(xiàn)界面附近的 SiC 更容易被損傷。有必要研究界面結(jié)構(gòu)對輻照行為的影響。SiC-石墨界面的模擬：SiC SiC 原子之間的相互作用均采 采用NPH系綜Langevin 使模型達(dá)300K 50ps，步長采用 1fs。在輻照模擬階段，采用 NVE 系綜。由于單次輻照模擬存在較大的1a0，2a0，3a04a0（a0為晶格常數(shù)）的原子平面10Si 1.5keV 的初始能量作為初級碰撞原子(PKA)，進行 10 次獨立的模擬，并保持入射方向均與y 軸呈 7以避免溝道效應(yīng)。其中，(r)為原子徑向分布的數(shù)密度，a徑向分布函數(shù)通常指的是給定某個粒子的坐標(biāo)，其他粒子在空間的分布幾率（離給定粒子多遠(yuǎn)。所以徑向分布函數(shù)既可以用來研究物質(zhì)的有序性，也可以電子的相關(guān)性。（輻照對熱導(dǎo)率（界面熱導(dǎo)）的影響模擬界面結(jié)構(gòu)的設(shè)計（材料、結(jié)構(gòu)、方位、維度界面熱導(dǎo)的模擬細(xì)節(jié)：采用Lammps包，使用NEMD方法。SiC原子之間以及石墨與 SiC 原子之間的相互作用均采用 Tersoff （有輻照的情況下采Tersoff-ZBL 勢函數(shù)。石墨原子間相互作用采用 AIREBO 勢函數(shù)。在初始模NPH 系綜，并使Langevin 型達(dá)300K 平衡溫度， 面熱導(dǎo)（時間步長選為 0. 1fs 。在