几种典型材料中子辐照损伤模拟计算

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1、·２４８·材料导报２０１１年１１月第２５卷专辑１８几种典型材料中子辐照损伤模拟计算廖哲，熊忠华，张鹏程，陈琦（中国工程物理研究院，绵阳６２１９００）摘要基于Ｌｉｎｄｈａｒｄ－Ｒｏｂｉｎｓｏｎ模型，利用ＮＰＲＩＭ和ＮＪＯＹ程序，模拟计算了４种典型辐照场景下，Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ和３１６Ｌ等常用材料的中子辐照损伤参数。计算结果表明，ＤＰＡ产生速率和Ｈｅ产生速率与辐照场景的中子能谱关系紧密，Ｆｅ是比较好的耐中子辐照材料。关键词Ｌｉｎｄｈａｒｄ－Ｒｏｂｉｎｓｏｎ模型辐照损伤ＤＰＡＨｅ产生中图分类号：ＴＬ３４文献标识

2、码：ＡＮｅｕｔｒｏｎＲａｄｉａｔｉｏｎＤａｍａｇｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳｅｖｅｒａｌＴｙｐｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓＬＩＡＯＺｈｅ，ＸＩＯＮＧＺｈｏｎｇｈｕａ，ＺＨＡＮＧＰｅｎｇｃｈｅｎｇ，ＣＨＥＮＱｉ（ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１９００）ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎＬｉｎｄｈａｒｄ－Ｒｏｂｉｎｓｏｎｍｏｄｅｌ，ｒａｄｉａｔｉｏｎｄａｍａｇｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＴｉ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒａｎｄ３１６Ｌｉｎｆｏｕｒｔｙｐｉｃａｌｒａｄｉａｔｉｏｎ

3、ｆｉｅｌｄｓａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｕｓｉｎｇＮＰＲＩＭａｎｄＮＪＯＹｃｏｄｅｓ．ＣａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＤＰＡａｎｄＨｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｒａｔｅｈａｖｅｃｌｏｓｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｗｉｔｈｎｅｕｔｒｏｎｅｎｅｒｇｙｓｐｅｃｔｒａｏｆｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｆｉｅｌｄｓ，Ｆｅｉｓａｇｏｏｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｏｎｅｕ－ｔｒｏｎｉｒｒａｄｉａｔｅｄｍａｔｅｒｉａｌ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＬｉｎｄｈａｒｄ－Ｒｏｂｉｎｓｏｎｍｏｄｅｌ，ｒａｄｉａｔｉｏｎｄａｍａｇｅ，ＤＰＡ，Ｈｅｐｒｏ

4、ｄｕｃｔｉｏｎ（ＢＷＲ）、高温气冷堆（ＨＴＴＲ）及快堆（ＪＯＹＯ）下材料的损伤０引言状况，即ＤＰＡ和Ｈｅ的产生速率。Ｆｅｒｍｉ指出，核技术的成败取决于材料在反应堆中强辐［１］１计算模型与参数射场下的行为。其后核动力堆、核电站、快堆和聚变堆的发展都证实了Ｆｅｒｍｉ的断言。反应堆运行时，大量的高能中１．１Ｌｉｎｄｈａｒｄ－Ｒｏｂｉｎｓｏｎ模型子辐照到燃料包壳和结构材料上，与材料发生一系列的级联并不是所有的入射粒子能量传递给被击原子都导致材碰撞，使材料在运行寿期内产生大量离位损伤，同时辐照过料的辐照损伤。能量传递给

5、原子内部电子，造成电离和电子程中核反应（ｎ，α）、（ｎ，ｐ）产生的气体和辐照缺陷聚集引起辐激发效应，但在材料中不会持续，仅部分能量传递到原子核，照肿胀都会严重影响燃料元件包壳及结构材料的力学性能。产生次级离位并形成点缺陷，这部分能量称为辐照损伤能量但受实验条件的限制，关于材料的中子辐照损伤研究进展缓Ｔｄａｍ，Ｌｉｎｄｈａｒｄ－Ｒｏｂｉｎｓｏｎ模型即用来描述Ｔｄａｍ的计算过程。慢，这主要是因为缺少高通量和硬能谱的辐照装置，在短时－１（１）Ｔｄａｍ＝Ｔｄ［１＋ｋｇ（ε）］间内无法得到需要的高损伤剂量。随着计算机技

6、术的发展，３／２１／２１／２ｋ＝ξ０．０７９３（Ａ１＋Ａ２）Ｚ１Ｚ２，１／６（２）ｅ（Ｚ２／３２／３）３／４３／２１／２ξｅ≈Ｚ１通过计算机模拟技术对材料辐照损伤的研究取得了一定的１＋Ｚ２Ａ１Ａ２进展，Ｍ．Ｆｒｉｓｏｎｉ等［２］利用ＭｃＤｅＬｉｃｉｏｕｓ和ＮＪＯＹ程序计算Ａ２Ｔａε＝（Ａ）２（３）１＋Ａ２Ｚ１Ｚ２ｅ了国际聚变材料辐照装置（ＩＦＭＩＦ）靶组件的ＤＰＡ（Ｄｉｓｐｌａｃｅ－２ｍｅｎｔｓｐｅｒａｔｏｍ，平均每个原子离位）和Ｈｅ产生速率。Ｍ．ａ＝ａ０（９π）１／３（Ｚ２／３２／３）－１／２（４）１＋Ｚ２

7、１２８［３］利用ＰＨＩＴＳ和ＮＪＯＹ程序模拟计算了日本散Ｈａｒａｄａ等ｇ（ε）＝ε＋０．４０２４４ε３／４＋３．４００８ε１／６（５）裂中子源重要组件的ＤＰＡ值。邹俊等［４］利用ＳＰＥＣＴＥＲ程式（１）－（５）中：Ｔ为离位阈能，ａ为波尔半径（５．２９２×１０－９ｄ０序计算了聚变驱动次临界堆第一壁材料ＣＬＡＭ钢的ＤＰＡｃｍ），ｅ是电子电荷，Ａ１、Ｚ１和Ａ２、Ｚ２分别是入射原子和靶原和气体产生。Ｓ．Ｓｈｉｍａｋａｗａ等［５］利用ＮＰＲＩＭ程序计算了子的原子质量和原子序数。堆用结构材料的ＤＰＡ和Ｈｅ产生速率。１．２

8、ＤＰＡ计算模型本课题组基于Ｌｉｎｄｈａｒｄ－Ｒｏｂｉｎｓｏｎ模型［６，７］，利用ＮＪＯＹＤＰＡ的计算可通过式（６）获得程序［８］的ＨＥＡＴＲ模块处理评价核数据库得到材料的离位ＤＰＡ＝（σＤＸ（Ｅ）·Φ（Ｅ）·ｄＥ）·ｔ（６）横截面，ＧＡＳＰＲ模块生成气体产生截面，再通过ＮＰＲＩＭ程∫序模拟计算了４种典型辐照场景压水堆（ＰＷＲ）、沸水堆式中：σＤＸ（Ｅ）为能量为Ｅ的入射粒子的离位横截面，Φ（Ｅ）廖哲：