《哈氏合金抗中子輻照特性評價及成分最佳化的原子模擬》是依託湖南大學，由胡望宇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：哈氏合金抗中子輻照特性評價及成分最佳化的原子模擬
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：胡望宇
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
熔鹽堆具有高熱效率、高電功率、低運行壓力、高安全性等特點，是先進裂變反應堆的重點發展方向。結構材料是熔鹽堆的關鍵部件，主要候選材料為哈氏合金系列。高劑量中子輻照可能導致哈氏合金微結構發生重大變化，從而引發腫脹、脆化、延展性下降等性能惡化問題，嚴重影響熔鹽堆的運行壽命和安全性。目前針對哈氏合金抗輻照性能評價的研究非常缺乏，開展哈氏合金抗輻照性能評價的研究很有必要。本項目針對釷基熔鹽堆結構材料哈氏合金的主要組元（Ni、Mo、Cr），構建並最佳化這些組元和典型合金（Ni-Mo、Ni-Cr、Ni-Mo-Cr）的原子間相互作用勢，通過多尺度模擬方法系統研究其中子輻照行為，探討合金成分、輻照級聯碰撞時的溫度、初級碰撞原子能量、輻照劑量對缺陷產生率、缺陷類型、缺陷團簇結構演化等的影響規律及其與輻照後材料體積腫脹率的量化關係，綜合評價哈氏合金的抗輻照性能並實現成分最佳化，為熔鹽堆結構材料的選擇與最佳化提供指導。
結題摘要
本項目構建了Ni、Mo、Cr的元素勢以及Ni-Mo、Ni-Cr、Mo-Cr合金勢並對這些勢函式進行了檢驗。測試結果表明，這些勢函式能很好地重現所檢驗的物理量。模擬研究了Ni，Mo，Cr純元素及其合金的離位級聯過程，分別探究了溫度和PKA能量對級聯結果的影響。對於純Ni體系，溫度對輻照穩定後缺陷數目的影響很少，而PKA能量對缺陷數目的影響比較大；在研究的五個能量下，鎳中缺陷的存活率都在20%左右；淬火之後，70%左右甚至更多的空位原子以單空位的形式存在，最大的空位團簇出現在40keV時，其包含了8個空位；當能量大於10keV時，淬火後間隙原子團簇占50%以上，最大的間隙團簇出現在40keV時，其包含了20個間隙原子；通過OKMC退火模擬，發現在高溫條件下產生的缺陷比低溫下的缺陷更加穩定，在低能情況下幾乎所有的缺陷發生複合。但是當PKA能量高於20keV時，會殘留一大部分缺陷。對於純Mo與純Cr體系，缺陷的數目峰值隨EPKA增大而增加且EPKA值越大，到達離位峰所需的時間越長；在碰撞過程中，會產生子級聯碰撞區。到級聯碰撞穩定階段時，形成的缺陷主要有單空位、自間隙原子、空位團簇、間隙團簇和沿<111>取向的間隙啞鈴狀結構；穩定狀態下的缺陷數目值相比NRT模型的理論預測值要大且PKA能量對缺陷產生率的影響比輻照初始溫度顯著；在退火過程中，由於間隙團簇和空位團簇在遷移性和尺寸上的差異，導致了幾個不同的複合階段的存在。我們還研究了溫度、PKA能量以及雜質濃度對合金體系的輻照結果的影響。研究分析可得出如下結論：缺陷數目隨著PKA能量的增加而增加，能量越高產生離位峰所需的時間越長；輻照溫度在PKA能量較高的情況下對離位級聯產生較顯著的影響；在能量、輻照溫度以及PKA方向都相同的情況下，缺陷對的數目都是隨著雜質在合金中的含量的增加而增多。
