Ізохронний відпал електронно- опроміненого вольфраму, моделювання за методом кластерної динаміки: вплив вуглецю на першу і другу стадії відновлення

##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##

PDF (English)
Опубліковано: квіт. 9, 2018
Ключові слова:
відпал, опромінювання, вольфрам, вуглець, кластерна динаміка

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

A. R. Gokhman
Південноукраїнський національний педагогічний університет імені К. Д. Ушинського
D. Terentyev
Nuclear Material Science Institute
M. S. Kondria
Південноукраїнський національний педагогічний університет імені К. Д. Ушинського

Анотація

Еволюція мікроструктури вольфраму під впливом електронного опромінення та після опромінюваного ізохронного відпалу була досліджена з використанням мультімасштабного підходу, який базується на моделюванні методом кластерної динаміки. У цих симуляціях розглядаються вільні точкові дефекти (міжвузельні атоми та вакансії), кластери точкових дефектів з розміром до 10000 мономерів, а також кластери, які складаються з атомів вуглецю та точкових дефектів. Зміна дефектної структури у процесі ізохронного відпалу вольфраму без домішків та вольфраму з вуглецем досліджується на першій стадії (температура ізохронного відпалу від 5 до 100 К) та другій стадії (температура ізохронного відпалу від 100 до 500 К) відновлення. Атоми вуглецю, вільні міжвузельні атоми, вільні вакансіі та вакансійні кластери з розміром до чотирьох вакансій розглядаються як рухомі об’єкти, дифузія яких відбувається у трьохмірному просторі. Кластери міжвузельних атомів, вакансійні кластери з розміром п’ять та більше вакансій, а також кластери, які складаються з атомів вуглецю та точкових дефектів, розглядаються як нерухомі об’єкти. Вибор параметрів моделі, а саме, значення коефіцієнтів дифузії, енергії формування та енергію зв'язування точкових дефектів та точкових дефектів із атомами вуглецю грунтується на даних експерименту та результатів розрахунків з перших принципів. Деякі параметри моделі були додатково скоректовані незначним чином для досягнення найкращого узгодження даних моделювання методом кластерної динаміки та експериментальних даних щодо впливу ізохронного відпалу на відновлення дефектної структури електронно-опромененного вольфраму. Експериментальний пік відновлення при температурі 70 К на першої стадії у цілому добре відтворюється у моделюванні методом кластерної динаміки як для вольфраму без домішків, так і для вольфраму з вуглецем. Експериментальні піки відновлення на другої стадії відновлення дефектної структури вольфраму формуються, згідно з нашим дослідженням, завдяки взаємодії точкових дефектів та атомів вуглецю.

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Номер
№ 1 (2017)
Розділ
ФІЗИКА МАТЕРІАЛІВ
Біографії авторів

A. R. Gokhman, Південноукраїнський національний педагогічний університет імені К. Д. Ушинського

завідувач кафедри фізики

M. S. Kondria, Південноукраїнський національний педагогічний університет імені К. Д. Ушинського

аспірант

Посилання

Gokhman A., Pecko S. and Slugeň V. (2015). Simulation of nanostructure evolution under helium implantation in Fe-(2.5-12.5)at% Cr alloys at temperature of 343K. Radiation Effects and Defects in Solids: Incorporating Plasma Science and Plasma Technology. Vol. 170 –P . 745-757.

Fu C. C., Dalla Torre, Willaime F., Bocquet J.L., Barbu A.. (2005). Multiscale modelling of defect kinetics in irradiated iron. Nature Materials Vol. 4 – P. 68-74.

Fikar J., Schaublin R.. (2009). Nucl. Instr. Methods Phys. Res Vol. B 267. – P. 3218–3222.

Dieter G. E. (1988). Mechanical Metallurgy. – London, symmetric edition. : McGraw-Hill Book Company (in England)

Li Y. G., Zhou W. H., Ning R. H., Huang L. F., Zeng Z., Ju X. (2012). Cluster Dynamics Model for Accumulation of Helium in Tungsten under Helium Ions and Neutron Irradiation. Commun. Comput. Phys. Vol. 11. – P. 1547-1568

Satta A., Willaime F., Stefano de Gironcoli. (1998). Vacancy self-diffusion рarameters in tungsten: Finite electron-temperature LDA calculations. Phys. Rev. Vol. B 57 – P. 11184.

Derlet P. M., Nguyen-Manh D., Dudarev S. L., (2007). Multiscale modeling of crowdion and vacancy defects in body-centered-cubic transition metals. Phys. Rev. Vol. B 76. – P. 054107

Withop Arthur (1966). ). The diffusion of carbon into tungsten (PhD Thesis, The University of Arizona, the United States).

Aleksandrov L. N. (1960). Zavodskaya Laboratorya. Vol. 25. P. 925-935.

Becker, J. A., E. I. Becker, and Re. G. Brandes. (1961). J. Appl. Phys. Vol. 32. – P. 411-423.

Bushmer C. P., Crayton P. H. (1971). Carbon Self-Diffusion in Tungsten Carbide. Journal of Material Science No 6 – P. 981-988.

Yue-Lin Liu, Hong-Bo Zhou, Shuo Jin, Ying Zhang, Guang-Hong Lu. (2010). Dissolution and diffusion properties of carbon in tungsten. J. Phys. Vol. 22 – P. 445504 (6pp).

Tyson W. R, Miller W. A. (1977). Surface free energies of solid metals: Estimation from liquid surface tension measurements. Surface Science. Vol. 62 – P. 67-276.

Becquart C. S., C. Domain, U. Sarkar, and et al. (2010). J. Nucl. Mater. Vol. 403 – P. 75 -88.

Nguyen-Manh D. (2009). Modelling of Point Defect-Impurity Interaction in Tungsten and other Bcc Transition Metals. Advanced Materials Research No 59 – P. 253-256.

LSODA is part of the ODEPACK provided by Alan C. Hindmarsh 1984 onthe CASC server of the Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA 94551, USA.

Gear C.W. (1971). Numerical Initial Value Problems in Ordinary Differential Equations. Gear– NJ. : Prentice-Hall,Englewood Cliffs. (in USA)

Neely H., Keeper D. W., Sosin A. (1968). Keeper and A. Sosin, Electron Irradiation and Recovery of Tungsten. Phys. stat. sol. Vol. 28. – P. 675-682.

Ngayam-Happy R., Olsson P., Becquart C. S., Domain C. (2010). Isochronal annealing of electron-irradiated dilute Fe alloys modelled by an ab initio based AKMC method: Influence of solute–interstitial cluster properties. Journal of Nuclear Materials.

Vol. 407. – P. 16–28