bcc铁和铁铜合金电子辐照缺陷演化的团簇动力学模拟

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1、中图分类号：TG111.2单位代号：10280密级：公开学号：12721871硕士学位论文SHANGHAIUNIVERSITYMASTER’SDISSERTATION题BCC铁和铁铜合金电子辐照缺目陷演化的团簇动力学模拟作者高超学科专业核技术及应用导师罗文芸完成日期2015年4月上海大学硕士学位论文上海大学本论文经答辩委员会全体委员审查,确认符合上海大学硕士学位论文质量要求。答辩委员会签名：主任：委员：导师：答辩日期：I上海大学硕士学位论文原创性声明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一

2、工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：本论文使用授权说明本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：II上海大学硕士学位论文上海大学工学硕士学位论文BCC铁和铁铜合金电子辐照缺陷演化的团簇动力学模拟姓名：高超导师：罗文芸学科专业：核技术及应用上海大学环境与化学工程学院2015年4月III上海大学硕士学位论文ADissertationSubmittedtoShanghaiUniversity

3、fortheDegreeofMasterinEngineeringClusterDynamicsSimulationofDefectevolutioninElectron-irradiatedBCCFeandFe-CuDiluteAlloysMACandidate：GaoChaoSupervisor：LUOWenyunMajor：NuclearTechniquesandapplicationEnvironmentalandChemicalEngineeringCollege,ShanghaiUniversityApril,2015IV上海大学硕士学位论文摘要辐照损伤性能是核材料的关键性能指标

4、之一，铁基材料（铁素体钢、奥氏体钢）在堆中关键部件的服役性能决定着核电站的安全性和经济性，其抗辐照性能一直以来是核工程与核科学界研究的热点。压力容器是具有BCC结构的铁素体钢，是反应堆中不可更换的部件，也是决定反应堆的安全性和寿命的关键部件之一，研究辐照下压力容器钢模型材料BCC铁以及铁铜合金中缺陷演化机理对于研究压力容器钢辐照脆化机理具有非常重要的意义。本文采用基于平均场理论的团簇动力学方法，模拟了BCC铁及铁铜合金在电子辐照下缺陷的演化过程，对于研究压力容器钢的辐照脆化机理具有重要意义。根据平均场速率理论，不同时刻下辐照缺陷数密度可以由相应的微分方程表示。通过对国内外文献调研，结合对材料

5、中各缺陷及之间相互作用的理论分析，推导出描述材料中间隙原子、空位、间隙原子团簇、空位团簇、富铜团簇数密度随时间演化的微分方程组，建立了BCC铁在电子辐照下缺陷演化的物理模型，采用FORTRAN90开发团簇动力学程序，并模拟了BCC铁在455K的温度下，经过长时间（15000s）电子辐照时缺陷的演变过程，得到不同时刻各缺陷的数密度及尺寸分布。结果表明，时间较短时，晶体中不会有较大团簇形成，且间隙原子团簇的数密度远大于空位团簇，团簇的尺寸会随着辐照时间的增加而变大。通过与相应文献进行比较，对模拟计算结果进行了验证。电阻率回复实验是研究材料辐照损伤机理的有效手段之一，电子辐照高纯铁在等时时效过程中

6、电阻率的变化也可以由缺陷数量变化表征。通过模拟高纯铁经3MeV电子辐照至2.0×10-6dpa后等时时效时的缺陷演化过程，得到材料电阻率变化曲线，并与电阻率回复实验数据进行对比。结果表明，高纯铁在辐照损伤回复过程中，间隙原子、空位会在不同温度下发生迁移、复合、聚集等过程，在模拟的等时时效的温度和时间范围内没有形成较大团簇。电阻率回复的峰值分别对应于间隙原子、间隙原子团簇、空位团簇等缺陷的数量的改变，辐照缺陷数量随温度升高的演化过程与电阻率变化趋势吻合很好，在高损伤剂量（200×10-6dpa）时，还可以看到电阻率回复的第四阶段。V上海大学硕士学位论文根据富铜团簇演变相关理论修改部分源代码及微

7、观参数，升级程序并建立二元Fe-Cu合金缺陷演变的物理模型，模拟研究了Fe-1.34at.%Cu合金在电子辐照下缺陷演变规律，计算了铜团簇数密度、平均尺寸、基体中铜含量随时间的变化。根据计算结果，Fe-Cu合金中铜团簇平均半径会随着时间变化而变大，与文献中的相关实验结果吻合；另外，基体中铜含量、空位数密度变化规律说明了Cu通过与空位结合发生迁移这一理论，模拟结果能很好地解释Fe-Cu合金在电子辐照下的微观演变