《核輻射材料中無缺陷通道形成機理的多尺度研究》是依託四川大學，由范海冬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：核輻射材料中無缺陷通道形成機理的多尺度研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：范海冬
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
核輻射材料的一個典型特徵是高能粒子誘發的超高密度缺陷。在納米尺度，位錯能夠吸收、破壞、剪下核輻射缺陷，在材料中形成微觀尺度無缺陷通道；在通道中，塑性變形局部化，導致巨觀材料的韌性與使用壽命嚴重降低。由此可知，核輻射材料力學性能是一個典型的多尺度研究對象，而通道正是連線這三個尺度的橋樑。本項目擬通過宏微觀實驗觀測與多尺度計算相結合的研究方法，以力學性能-無缺陷通道-位錯-缺陷相互反應及其相互關聯為切入點，深入研究核反應堆常用材料不鏽鋼的力學性能及其物理機制。首先，在微觀實驗與分子動力學中，對不同缺陷與不同特徵位錯的相互反應進行觀測與模擬，進而建立位錯-缺陷相互反應的位錯機制；再將此機制嵌入到離散位錯動力學中，發展具有原子信息的微觀模擬程式，用於探索通道的形成機理、通道與晶界的相互影響及通道分布特徵與巨觀力學性能之間的密切關聯，為核輻射材料的安全設計與壽命評估提供理論支持。
結題摘要
受輻照金屬材料的微結構與力學性能都會發生顯著的改變，但學界對於位錯與輻照缺陷的相互反應以及由此形成的無缺陷通道還缺乏深刻的認識。本項目揭示了輻照材料內部位錯與輻照缺陷的相互反應，以及無缺陷通道的形成機理。具體研究內容分以下兩個部分展開： 1、位錯與輻照缺陷的相互反應 本項目運用分子動力學方法，首次揭示了螺形位錯完全吸收層錯四面體的過程與內在的位錯機制。然後通過施加周期與自由邊界，模擬了材料內部與表面附近的缺陷。結果顯示，位錯吸收內部四面體之後，變成了一條交割位錯，不能再向前滑移。而在增加外加應力後，位錯可擺脫交割向前滑動，由此釋放的四面體在橫向移動了5.1納米。表面附近的位錯卻可把吸收的四面體帶到表面，直接消除四面體。 2、無缺陷通道的形成機理 基於上述研究結果，本項目提出了形成無缺陷通道的三種方式： 1. 位錯吸收然後釋放內部的四面體，但四面體能橫向移動。如多條位錯通過，則可把四面體移出，從而形成通道； 2. 位錯可吸收表面附近的四面體並帶出表面，從而形成通道； 3. 晶界附近的四面體可橫向移動直至被晶界吸收，從而形成通道。 綜上所述，本項目在位錯與缺陷相互反應以及無缺陷通道的形成機制方面取得了預期的進展。
