《納米結構核材料離子束輻照的三維蒙特卡洛模擬》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由李永鋼擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米結構核材料離子束輻照的三維蒙特卡洛模擬
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李永鋼
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米複合結構材料是目前最具潛力的高抗輻照、高強度和足夠高穩定性的核結構候選材料，研究其在離子束輻照下的初級損傷問題是揭示材料高抗輻照性能的關鍵。鑒於制約因素的複雜性，實驗上的困難以及為了縮短研究周期，相關基礎問題的理論研究至關重要。本項目將從離子與固體相互作用和輻照損傷等的基礎物理出發，定量地探究納米結構核材料在離子束輻照下初級損傷的新效應。擬基於標準的SRIM資料庫，快速資料庫索引技術和MPI並行算法以及實體結構幾何法/有限元三角形格線法的3D結構算法，建立精確、高效和普適的三維Monte Carlo模型，為納米結構核材料離子束輻照的初級損傷過程及其三維空間分布提供一般理論分析方法。其結果將直接為複雜結構核材料的多尺度輻照損傷及服役行為提供理論指導及預測，極大地促進先進核材料的發展與套用。
結題摘要
探索納米結構核材料在高能粒子輻照下初級損傷的新效應是揭示其跨尺度損傷行為和高抗輻照性能的關鍵。傳統的材料離子輻照MC模型只能描述塊體或多層膜等簡單1D結構體系，材料中子輻照MC模型也很難描述多級級聯損傷的局域細節。基於離子/中子與固體相互作用等物理基礎和高效的數值算法，採用資料庫索引技術取代傳統的疊代算法快速抽樣彈性散射角，發展實體結構幾何法和有限元三角形格線法構造任意複雜3D結構體系，並率先擴展中子源PKA嵌入模組和加速級聯退火模型，自主開發了準確、高效和普適的三維MC開源軟體，為快速模擬離子/中子輻照下複雜材料初級缺陷產生和弛豫動力學提供了新的研究手段。IM3D在保持與著名的SRIM軟體（年均引用＞700）相同精度的同時，突破了材料3D結構通用性、組分多樣性、過程完整性以及計算效率的限制（提升＞4個數量級），可在分鐘以內快速獲得離子/中子輻照任意複雜材料下各種初級缺陷等的三維空間分布。利用IM3D探究了納米結構核材料高能粒子初級輻照損傷的系列關鍵問題，實現了與SRIM和MD的定量對比驗證，並給出了系列重要結果：納米尺寸效應決定著納米結構材料與塊體大相逕庭的初級輻照損傷行為；表面粗糙導致的離子輻照反照率效應會加劇面向電漿材料中的離子初級滯留和表面重構，但有利於降低材料的離子表面濺射；發表SCI學術論文12篇，自主開源軟體1個，做國內外會議邀請報告6次。這為直接從電漿與固體相互作用的角度探討聚變堆材料中的氫氦滯留和輻照損傷等實際問題提供了新的思路。
