[發明專利]模擬納米晶金屬累積離位損傷的方法

有效

• 申請號: 201910276042.0
• 申請日: 2019-04-08
• 公開（公告）號: CN110120248B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 李祥艷;吳學邦;許依春;張艷革;尤玉偉;孔祥山;劉偉;王先平;劉長松;方前鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G06F30/20
• 代理公司: 合肥中谷知識產權代理事務所(普通合伙) 34146
• 代理人: 洪玲

本發明公開了一種模擬納米晶金屬累積離位損傷的方法，步驟包括基本原子過程MD參數化；基本原子過程OKMC速率列表創建；OKMC調用相應速率，選擇、執行事件；表征OKMC粗粒化結構；采樣不同劑量下的微結構，并用MD弛豫之；將觀察到的原子過程速率化；更新基本原子過程，重新運行OKMC模塊。本發明優點在于通過結合原子尺度MD模擬方法和粗粒化OKMC方法，既考慮了基本原子過程，又能實現大尺度模擬，可與實驗劑量率相比擬，同時考慮了基本過程累積作用下可能出現的新原子過程；同現有的模擬方法相比，避免了因MD時間尺度有限帶來的輻照劑量率異常高的問題，又避免了OKMC在結構弛豫上的不足，兼顧了MD在結構弛豫和OKMC在長時間尺度模擬上的綜合優勢。

技術領域

本發明涉及核材料輻照損傷模擬技術領域，具體涉及模擬納米晶金屬累積離位損傷的方法。

背景技術

高能粒子(如中子、離子)輻照材料時會誘導生成空位(vacancy,V)、自間隙原子(sel-interstitial atom,SIA)等輻照缺陷，引起輻照損傷。納米結構材料通常具有較好的抗輻照損傷性能，這與材料中大量的晶界對輻照缺陷的捕獲、進而促進其復合有關。目前人們研究納米結構金屬材料中輻照缺陷與界面相互作用機理時，大多關注輻照缺陷的基本原子過程，如擴散、復合過程。

而在實際的輻照環境下，納米晶金屬往往受到以一定劑量率輻照的累積輻照損傷。有部分學者采用分子動力學(molecular dynamics,MD)模擬納米晶累積離位損傷，雖能達到幾個dpa的輻照劑量，然而由于分子動力學固有的較短時間尺度限制，模擬中的劑量率往往高于實驗中的劑量率數個數量級，因此，在模擬中觀察的現象可能不具有物理意義。如果僅僅考慮基本的原子過程，采用粗粒化模擬技術(如實體動力學蒙特卡洛，objectkinetic Monte Carlo,OKMC)直接模擬累積離位損傷，則由于粗粒化技術中失去了原子結構信息，離位損傷累積到一定程度后可能帶來新的物理過程，從而使得高劑量下的微結構演化預測失效。

發明內容

本發明的目的在于提供一種模擬納米晶金屬累積離位損傷的方法，該方法既能達到實驗劑量率和輻照劑量，又能根據劑量補充、校正已有原子過程的模擬技術，以實現準確模擬納米晶材料中累積離位損傷微結構跨時間、空間尺度的演化過程。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

模擬納米晶金屬累積離位損傷的方法，步驟包括

S1：基本原子過程MD參數化

采用MD計算或者收集點缺陷及其團簇擴散、聚合、復合、溶解、發射過程的能量學、動力學和作用范圍參數，并根據缺陷形成能性質確定點缺陷在晶界內部的占據位置；

S2：基本原子過程OKMC速率列表創建

根據物理圖像，把MD計算的參數加以簡化，計算一定溫度下基本過程速率和缺陷產生速率，構建速率列表；

S3：OKMC調用相應速率，選擇、執行事件

根據不同事件、過程的速率，采用輪盤賭方法選擇事件，且某個事件被選中的幾率與該事件速率成正比，再執行事件；

S4：表征OKMC粗粒化結構

對于OKMC模擬得到的不同輻照劑量(dose)下的微結構進行分析，得到塊體區域、晶界附近和晶界內部不同類型缺陷濃度(C)，建立C-dose關系；分析距晶界不同位置處缺陷類型與濃度，建立缺陷濃度與缺陷-晶界距離(d)關系：C(dose)-d；

S5：采樣不同劑量下的微結構，并用MD弛豫之