液态pbbi合金中氧浓度的调控及对包层材料腐蚀的理论研究

《液态pbbi合金中氧浓度的调控及对包层材料腐蚀的理论研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、?&料磅我本大博士学位论文波态合全中氧农度的调控及论文题目对包层材料廣蚀的理袼研宄專冬冬作者姓名凝物学科专业潘必才教提何海燕到教校导师姓名〇一五年五月完成时间t函新嗲技水大營博士学位论文液态合金中氧浓度的调控及对包层材料腐蚀的理论研究作者姓名：李冬冬学科专业：凝聚态物理导师姓名：潘必才教授何海燕副教授完成时间：二一五年五月UniversityofScienceandTechnologyofChinaADissertationforDoctor'sDegreeTheoreticalinvestigationoftheregulatingofoxygenconcentrationand

2、thecorrosionAuthor'sName:DongdongLiSpeciality:CondensedMatterPhysicsSupervisor:Prof.BicaiPanHaiyanHeFinishedtime:May2015中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写的研宄成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权

3、中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。口公开口保密（年）作者签名：导师签名：办签字日期：純口签字曰期：摘要摘要核裂变反应堆运行过程中会产生长寿命、高放射性的核废料，而核废料的处理对人类是一个重大挑战。随着加速器和反应堆技术的发展，人们提出了一种新的处理核废料的策略：加速器驱动的次临界系统（

4、。它的核心是利用加速器产生高能强流质子束，轰击重金属靶材（如铅、铅铋合金）产生散裂中子作为外源中子驱动，对核废料进行次临界核反应。铅铋合金具有非常多的优良特性，如熔点低、沸点高、导热性能好、中子性能好、化学性质稳定，是铅冷式快堆和加速器驱动的次临界系统中冷却剂和散裂靶材的候选材料。但是铅铋合金对它的包层材料（如钢）具有严重的溶解腐蚀作用，因此如何提高包层材料的抗腐蚀性能在的发展中是至关重要的科学问题。研宄发现在铅铋合金中加入合适浓度的后，能够在很大程度上降低包层材料的溶解腐蚀。这是因为加入的氧会与包层材料反应表面形成了稳定的氧化物薄膜将钢与液态铅铋合金隔开。这种保护性的氧化层对合金

5、中氧的浓度非常敏感。当合金中浓度较低，包层材料表面无法形成保护性的氧化膜，浓度太高时，包层材料表面出现氧化腐蚀现象。因此，铅铋合金中的浓度需要进行精确地测量和控制，而目前，这个问题依然没有得到很好的解决。本文从原子尺度上研究铅铋合金中浓度的控制以及铅铋合金对氧化层性能的影响。此外，我们还使用团簇动力学方法研宄面向等离子体材料表面在离子辐照条件下的缺陷演化行为。本论文一共分为六章。在第一章中，我们将介绍铅铋合金的微观结构、浓度的控制方法、包层材料表面形成氧化层的结构，最后我们介绍几种在核材料研宄中使用到的多尺度模拟方法。在我们的研究中，需要对原子的短程有序性进行分析，因此，在第二章中

6、，我们首先介绍分子动力学和径向分布函数的计算。这一章还将对团簇动力学方法进行介绍。在团簇动力学的计算中，我们引入了一些新的参数，如晶界、温度梯度等，相应的计算细节和我们对该方法的发展也将在本章中做详细介绍。最后对计算中使用的软件包进行简单介绍。从第三章开始介绍我们的研宄工作。铅铋合金中的微观状态对于探测浓度至关重要，我们使用密度泛函理论研究了的局域结构、扩散过程。为了将铅铋合金中的浓度控制在合适的区间中，会作为控元素加入到液态合金中。类似于，我们研宄了在铅铋合金中的短程有序性和温度效应。同时，摘要我们还研宄了合金中与之间的反应过程，并对平衡条件下的浓度进行了理论预测，这对实验上控制

7、的浓度具有指导意义。在第四章中，我们研宄了液态铅铋合金与氧化层之间的相互作用。计算表明，铅原子更倾向于吸附在氧化层的表面，并且吸附之后会促进表面原子的溶解。此外，铅原子和铋原子能够促进氧化层中空位和间隙原子的形成，这对氧化层长期的保护性能有不利影响。最后，我们发现能够抑制氧化层中空位的形成，并且会阻碍原子在氧化层中的扩散因此有助于提高氧化层的抗腐蚀性能。在第五章中，我们使用团簇动力学方法对钨表面存在晶界和温度梯度时，氘浓度的演化进行了理论研宄。研究结果表明，当晶界宽度