Релаксированные структуры ГБ при различных дозах облучения. Кредит: Ли Сянъянь

Исследовательская группа под руководством профессора Лю Чансонга из Института физических наук Хэфэя Китайской академии наук разработала набор программного обеспечения для моделирования накопительного смещения в нанокристаллических металлах, которое получило название итеративного объектного кинетического метода Монте-Карло (iOKMC).

Используя это программное обеспечение, исследовательская группа провела серию исследований механизмов накопления повреждений смещения в наноструктурированных материалах на основе железа (Fe). Соответствующие результаты были опубликованы в Journal of Nuclear Materials.

Было обнаружено, что нанокристаллическое железо обладает повышенной радиационной стойкостью. Этому способствует высокая плотность границ зерен (ГЗ), которые служат стоками для радиационно-индуцированных вакансий (V) и собственных межузельных атомов (SIA). Однако предыдущее многомасштабное моделирование фокусировалось только на основных атомных процессах при изучении микроскопических механизмов взаимодействия дефект-ГБ, что делало бессильным получение новых физических процессов, которые могут быть вызваны аккумулятивным повреждением.

Методика, разработанная в этом исследовании, не только позволяет измерять дозы облучения и мощности доз в экспериментах, но также дополняет и корректирует существующие атомные процессы, основанные на дозах облучения.

Исследователи исследовали механизмы накопления радиационных дефектов в границах Fe, в том числе загрузку SIA в границы границ при низкой температуре и ее влияние на роль границ под действием излучения. Результаты показали, что SIA предпочтительно отделяются от GB при высокой мощности дозы и/или низкой температуре.

По мере увеличения дозы облучения СИА, накапливающиеся на ГБ, становятся структурными компонентами ГБ и в дальнейшем восстанавливают ГБ до ее фоновой структуры. Этот процесс включает миноритарный переход некоторых избыточных СМА в Vs, сопровождающийся локальным движением ГБ.

По мере накопления СМА роль ГБ претерпевает попеременную эволюцию от захвата В к аннигиляции В. Когда новые атомарные процессы были перепараметризованы и включены в исходную модель OKMC, было обнаружено, что концентрация SIA в ГБ и концентрация Vs вблизи ГБ имели чередующуюся тенденцию «увеличения-уменьшения», которая отличалась исходных результатов моделирования.

В этом исследовании представлена ​​кросс-масштабная модель для изучения механизмов динамического взаимодействия между радиационными дефектами и ГБ при аккумулирующем излучении, что дает ссылку на механизм для дальнейшей оптимизации радиационной стойкости поликристаллических материалов на основе технологии ГБ.