辐照导致奥氏体不锈钢内位错环演化行为模拟

为了描述和预测奥氏体不锈钢材料在辐照条件下位错环的演化行为,本文基于平均场速率理论结合分子动力学方法建立辐照诱导奥氏体不锈钢内位错环演化的物理模型,模拟电子、中子辐照诱导奥氏体不锈钢内位错环的演化行为,模拟结果与实验结果吻合很好。在此基础上探究了中子辐照产生的存活缺陷对材料内位错环演化行为的影响,研究表明级联碰撞过程中的缺陷存活率、缺陷成团率以及四间隙原子团簇所占的团簇份额是影响位错环演化行为的主要参数,而双间隙原子团簇份额和三间隙原子团簇份额之间比例对位错环的演化没有影响。     

位错环上的Cr偏析对辐照硬化影响的原子尺度模拟研究

低温辐照脆化是影响低活化铁素体/马氏体（RAFM）钢服役的主要问题之一。RAFM钢低温辐照脆化的主要机理是辐照产生的纳米缺陷（如位错环、析出物等）阻碍位错运动。本文利用分子动力学方法研究了bcc-Fe内刃型位错线与1/2〈111〉间隙位错环的相互作用,并对比分析了Cr偏析在位错环上对其硬化的影响。研究结果表明：刃型位错线挣脱位错环所需临界剪切应力（CRSS）与位错环的伯格斯矢量有关;在本文所研究条件下,在一定温度范围内,Cr偏析在位错环上会使得位错线挣脱所需CRSS增加,引起硬化增强。     

锆合金原位离子辐照条件下的位错环演化研究

位错环演化是核用锆合金辐照组织演化的主要特征之一,对合金辐照后的力学性能（强度、塑性等）有着决定性的影响。目前,锆合金辐照位错环演化的实验研究主要基于离位中子或离子辐照,无法直接观察位错环的演化过程。为了更深入地理解锆合金辐照下的微观组织演化,本工作采用先进的原位离子辐照实验方法,实时观察Zr-2合金位错环的演化过程,揭示不同辐照损伤剂量和温度对演化过程的影响规律,并结合弥散障碍物硬化模型对合金的辐照硬化性能进行了评估,验证了原位离子辐照用于研究锆合金包壳材料辐照后位错环演化和力学性能评价的可行性和先进性。      

应用正电子湮没技术定量估算高纯铁形变的位错密度和空位浓度

采用慢拉伸与多普勒展宽相结合．研究了单一试样以５×１０－５／ｓ的应变速率拉伸时，高纯铁形变作品５００Ｋ回复前后Ｓ参数随形变量的变化［Ｓ（ε）曲线］。实验结果表明．回复前的Ｓ（ε）曲线包含位错和空位的贡献．回复后仅食位错的贡献。对于同一形变量的样品．５００Ｋ回复后Ｓ参数下降．形变量越大下降量越大．对应空位贡献也越大：根据两态捕获模型计算可得：高纯铁拉伸变形产生空位和位错．空位浓度和位错密度均随形变量的增加而增加．空位浓度ＣＶ的数量级为１０１７－１０１９ｃｍ－３．位错密度ρｄ的数量级为１０９－１０１１ｃｍ－２．     

BCC-Fe中螺位错与［010］间隙位错环相互作用分子动力学模拟

本文利用分子动力学方法对BCC-Fe中螺位错与［010］间隙位错环的相互作用机制进行了模拟,研究结果表明,螺位错在不同温度下滑移靠近不同尺寸位错环时,它们之间的相互作用机制不同。当位错环尺寸为1.5 nm时,位错环在2 K下稳定存在,螺位错在剪切应力作用下滑移通过它,并与之位错反应生成1/2［11^-1^- ］位错环,临界剪切应力明显增加;随温度升高到300 K和600 K,［010］位错环因稳定性降低会转变为1/2［11^-1^- ］位错环,该位错环与螺位错反应可生成［010］位错片段,对螺位错阻碍作用逐渐变弱,临界剪切应力增量逐渐降低;随温度进一步升高到823 K,螺位错易交滑移,其与位错环始终无接触,因此无阻碍作用。当位错环尺寸增大到4 nm时,［010］位错环稳定性增加,300~823 K下位错环对螺位错滑移阻碍作用也明显增加。     

中国低活化马氏体钢在电子辐照下产生位错环的原位观察

高流强的中子辐照在结构材料内部产生严重的级联离位损伤,使得材料性能下降,而辐照缺陷是聚变堆材料性能下降的根本原因.为了研究结构材料在高辐照剂量下的损伤机理,针对中国低活化马氏体钢(CLAM钢),通过使用高能电子辐照来模拟中子对材料造成的高剂量辐照损伤,并对微观结构进行原位观察.进行了辐照下产生的位错环随辐照剂量的演化过程的观察,并分析了位错环浓度和尺寸随辐照剂量和温度的变化规律.     

辐照硬化位错动力学模拟的研究进展

辐照硬化是金属材料的辐照效应之一,开展辐照硬化机理研究有助于设计可靠的反应堆结构材料.辐照产生的缺陷会对位错运动造成阻碍,被认为是辐照硬化的主要原因.近年来快速发展的位错动力学模拟方法为材料的微观组织变化和宏观力学性能之间建立起了桥梁,被广泛用于辐照硬化机理研究.对于一些辐照缺陷如位错环和层错四面体,位错动力学软件已能...     

辐照硬化位错动力学模拟的研究进展

辐照硬化是金属材料的辐照效应之一,开展辐照硬化机理研究有助于设计可靠的反应堆结构材料。辐照产生的缺陷会对位错运动造成阻碍,被认为是辐照硬化的主要原因。近年来快速发展的位错动力学模拟方法为材料的微观组织变化和宏观力学性能之间建立起了桥梁,被广泛用于辐照硬化机理研究。对于一些辐照缺陷如位错环和层错四面体,位错动力学软件已能模拟它们对位错网络演化以及宏观力学响应的影响,使辐照硬化的定量预测成为可能。本文从位错动力学模型、不同类型辐照缺陷硬化效应的位错动力学模拟以及辐照硬化理论模型发展三个方面,综述了辐照硬化位错动力学模拟的研究进展,并展望该研究领域的主要科学问题。     

电子辐照高纯铁电阻率回复的团簇动力学模拟

电阻率回复实验是研究材料辐照损伤机理的有效手段,可表征材料中辐照缺陷数量的变化。本文基于平均场速率理论开发了模拟辐照缺陷演化的团簇动力学程序,模拟了高纯铁经3MeV电子辐照至2.0×10-6 dpa后等时时效过程的缺陷演化过程,并与电阻率回复实验结果进行了对比。模拟结果表明,辐照缺陷数量随温度升高的演化过程与电阻率的变化趋势吻合得很好,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变化。该方法对于研究材料辐照损伤机理具有重要意义。     

注氘低活化马氏体钢在电子辐照下的缺陷行为

低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢被视为国际热核聚变反应堆以及聚变反应堆的第1壁候选结构材料之一,很多国家均在研究不同的RAFM钢,中国低活化马氏体(CLAM)钢的研究亦正在进行。核聚变会产生氢、氦、氘及氚,这些气体元素与辐照缺陷结合在一起,对材料的辐照性能会产生较大影响。本文对注氘后不同温度下的辐照后微观结构进行研究。试验利用日本北海道大学的JEOL-1300高压电子显微镜研究注氘CLAM钢从室温到873K在1250keV电子辐照下的微观结构变化。研究结果表明,在电子辐照下,注氘产生的缺陷团会出现消失和长大两种现象,意味着间隙型与空位型位错环在注氘过程中同时产生。并研究了注氘产生的空洞。     

哑铃型氧间隙缺陷在UO2材料内扩散的分子动力学研究

以UO2材料为对象,采用分子动力学方法模拟计算了哑铃型氧间隙缺陷的扩散行为,研究了几种温度条件下拉伸应变方向和拉伸应变对哑铃型氧间隙缺陷扩散行为的影响。研究发现,哑铃型氧间隙缺陷在UO2材料内存在扩散现象且为三维扩散,扩散能力与材料温度和拉伸应变有关。利用模拟结果计算了哑铃型氧间隙缺陷的扩散系数,结果表明：哑铃型氧间隙缺陷在扩散过程中始终沿〈111〉方向排布;材料体系温度越高扩散现象越明显;拉伸应变越大扩散现象越明显;沿〈111〉方向拉伸应变对哑铃型氧间隙缺陷扩散现象影响最大;无论有无拉伸应变,〈100〉方向始终是哑铃型氧间隙缺陷的主要扩散方向。本文的研究结果能为UO2材料的辐照损伤效应研究提供依据。     

高纯气体制备膜分离级联的组分分布模拟

膜分离技术已广泛应用于气体纯化。由于单台膜分离器的分离能力有限,使用时需将多台分离器连接构成级联。根据同位素分离级联理论并结合膜分离级联实验结果,建立了膜分离级联的计算模型,在此基础上完成了级联参数的数值模拟。模拟结果表明,净化后的产品纯度可达99.999%以上,而杂质端取出的物料中基本不含目标成分。可通过增大杂质端取料量来提升级联对摩尔质量较大的杂质成分的净化效果以获得更纯的产品。只要目标成分与杂质成分的摩尔质量差达到一定程度,即可通过膜分离级联进行气体纯化。总体看来,利用膜分离级联制备高纯气体具有净化效果好、工艺简单、目标成分损失率低的优点,有很大的实用价值。     

Void Swelling in Electron Irradiated High Purity Fe-Cr-Ni Austenitic Alloys

High-purity Fe-Cr-Ni austenitic alloys corresponding to commercial Type-316 stainless steel and Hastelloy-X were used to investigate the void swelling mechanism of the austenitic steels. The alloys were irradiated with 1 MeV electrons in a high voltage electron microscope in the temperature range of 300~600°C to a total dose of about 30 dpa. Low void swelling in Ni-base alloy is attributed to both low void number density and small void size. Void embryos in Fe-base alloy are stabilized by strain field arised from Ni solute segregation around the void surface. The stabilization does not occur in Ni-base alloy, which results in extremely low void number density at high temperatures (>500°C). Higher void growth rates in Fe-base alloy than in Ni-base alloy are attributable to large climbing rate of dislocations produced during the irradiation.     

SiC辐照损伤对耐高温氧化性能的影响

碳化硅（SiC）材料在高温氧化时会生成SiO2保护膜,但经辐照后高温氧化,材料结构和氧化速率会发生变化,影响材料性能。为研究其晶格损伤与氧化规律之间的关系,利用6H-SiC单晶片和烧结SiC多晶片,开展了在室温下经过能量为5 MeV、注量为5×1014 cm-2的Xe20+离子辐照后再进行1 300 ℃氧化1 h的实验。利用X射线衍射、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、透射电镜进行表征,对比了不同晶型的SiC氧化前后辐照与未辐照区域。结果显示：辐照破坏了晶格有序度,造成了晶格损伤,这些损伤在氧化过程中促进了多种SiO2基团的形成;生成的SiO2形成氧化层,由于与SiC基体热膨胀系数的差异,以及重结晶作用,导致碳化硅产生内应力,使氧化膜破裂;截面TEM图像显示,辐照引起的层错致使氧化程度加深,这是导致氧化速度加快的重要原因。     

核材料中子辐照损伤的团簇动力学模拟综述

核材料中子辐照损伤是影响核能装置安全性和稳定性的关键问题之一。由于难以开展大量的中子辐照实验来评估核材料的损伤机理,因此相关理论模拟至关重要。介观尺度团簇动力学（CD）模型由于不受时间和空间尺度的限制,是一种研究材料中子辐照损伤长时间演化的有效方法。本文综述了CD的模型、数值算法和最新进展,重点介绍了CD在典型核材料的中子辐照问题中的系列应用,并对CD的未来发展进行了展望。     

High Temperature Corrosion of Iron Chromium Alloys by Tellurium

The reaction rates between iron-chromium alloys (1.17, 5.65 and 11.96 a/0Cr) and tellurium were measured in the temperature range of 873–1,023 K at 350 Pa of tellurium vapor pressure, and in the tellurium vapor pressure range of 66.7–600 Pa at 923 K. The electron probe microanalysis, marker experiment and X-ray diffractometry were employed to clarify the mechanism of the telluride scale growth.

The reaction rates between iron-chromium alloys and tellurium obeyed the parabolic rate law. It was observed that the telluride scale consists of the inner, the intermediate and the outer layers; chromium is concentrated in the inner layer which may grow by the inward diffusion of tellurium; the intermediate layer consists of mainly β-iron telluride, and the outer layer consists of both δ- and δ'-iron tellurides below 980 K, and δ-iron telluride alone above 980 K. The intermediate and outer layers grow by the outward diffusion of iron in iron tellurides.

The protection effect by chromium may be explained by the fact that chromium telluride covered over the surface of iron-chromium alloy interrupts the outward diffusion of iron.

The reaction between iron-chromium alloy and tellurium can be classified into three regions from the view point of the activation energy. From the comparison of the activation energy of the reaction between iron-chromium alloy and tellurium with that for the diffusion of iron in iron tellurides, the rate-determining step for the scale formation for each region was discussed.     

Effect of the dilation caused by helium bubbles on edge dislocation motion in α-iron: molecular dynamics simulation

Various types of nanometric defects such as voids and helium (He) bubbles produced by high-energy neutron irradiations are known to degrade the mechanical properties of irradiated materials. In this study, we have evaluated the obstacle strength of He bubbles to the mobility of an edge dislocation in α-iron for 2 and 4 nm bubbles with He-to-vacancy (He/V) ratios ranging from 0 to 1 at 300 and 500 K, by molecular dynamics simulation. Results showed that as the He/V ratio increases, the obstacle strength needed for the release of a dislocation from the bubble becomes stronger up to a moderate He/V ratio (0.6 and 0.4 for 2 and 4 nm bubbles, respectively, at both temperatures), and a further increase in the He/V ratio leads to weakening of the obstacle strength. For He/V = 1, the obstacle strengths are 10–30% weaker than those at moderate He/V ratios depending on the bubble size and temperature. The extent of obstacle strength was found to be correlated with the dilation caused by He bubbles depending on the bubble size, He/V ratio, and temperature.     

高纯氘中杂质的低温气相色谱分析

实验研究采用5A分子筛和氧化铝充填色谱柱分别在常温和低温（77K)下对D₂中的O₂、N₂以及H₂、HD等杂质进行定量分析测量，以建立1种准确实用的分析方法。研究结果表明，该方法对H₂、HD的最低检测浓度可达（150～200）×10^－6，能够满足高纯氘制备过程中对杂质的定量分析要求。