1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика металлов и металловедение
  4. T. 124, № 8, 2023

Физика металлов и металловедение, 2023, T. 124, № 8, стр. 679-686

МД-моделирование каскадов столкновений в α-Ti. Статистика и закономерности образования кластеров точечных дефектов

Р. Е. Воскобойников a, b, *

a Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”
115409 Москва, Каширское ш., 31, Россия

b Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
123182 Москва, пл. Курчатова, 1, Россия

* E-mail: roman.voskoboynikov@gmail.com

Поступила в редакцию 27.03.2023
После доработки 11.06.2023
Принята к публикации 01.07.2023

Аннотация

Проанализированы результаты моделирования первичного дефектообразования в каскадах столкновений в α-титане в широком диапазоне энергий первично выбитых атомов (ПВА) 5 $ \leqslant {{E}_{{{\text{PKA}}}}} \leqslant $ 25 кэВ и температур облучения 100 $~ \leqslant T \leqslant ~$ 900 K. Определены доли вакансий ${{{{\varepsilon }}}_{{\text{v}}}}$ и междоузельных атомов ${{{{\varepsilon }}}_{i}}$ в кластерах точечных дефектов, образованных в индивидуальных каскадах, и их средние значения $\left\langle {{{{{\varepsilon }}}_{{\text{v}}}}} \right\rangle $ и $\left\langle {{{{{\varepsilon }}}_{i}}} \right\rangle $, средние размеры вакансионных $\left\langle {{{N}_{{{\text{vac}}}}}} \right\rangle $ и междоузельных $\left\langle {{{N}_{{{\text{SIA}}}}}} \right\rangle $ кластеров и среднее число вакансионных $\left\langle {{{Y}_{{{\text{vac}}}}}} \right\rangle $ и междоузельных $\left\langle {{{Y}_{{{\text{SIA}}}}}} \right\rangle $ кластеров на каскад. Предложены физические механизмы, определяющие зависимость $\left\langle {{{{{\varepsilon }}}_{{\text{v}}}}} \right\rangle $, $\left\langle {{{{{\varepsilon }}}_{i}}} \right\rangle $, $\left\langle {{{N}_{{{\text{vac}}}}}} \right\rangle $, $\left\langle {{{N}_{{{\text{SIA}}}}}} \right\rangle $, $\left\langle {{{Y}_{{{\text{vac}}}}}} \right\rangle $ и $\left\langle {{{Y}_{{{\text{SIA}}}}}} \right\rangle $ от параметров $\left( {{{E}_{{{\text{PKA}}}}},T} \right).$

Ключевые слова: α-титан, облучение, каскады столкновений, первичные повреждения, пары Френкеля, кластеры точечных дефектов, одномерная диффузия, молекулярная динамика

Список литературы

  1. Raji A.T., Scandolo S., Mazzarello R., Nsengiyumva S., Haerting M., Britton D.T. Ab initio pseudopotential study of vacancies and self-interstitials in hcp titanium // Philos. Mag. 2009. V. 89. P. 1629–1645.

  2. Воскобойников Р.Е. МД Моделирование каскадов столкновений в α-Ti. Число дефектов, время релаксации и морфология каскадной области смещений // ФММ. 2023. Т. 124. № 8. С. 671–678.

  3. Voskoboinikov R.E., Osetsky Yu.N., Bacon D.J. Computer simulation of primary damage creation in displacement cascades in copper. I. Defect creation and cluster statistics // J. Nucl. Mater. 2008. V. 377. P. 385–395.

  4. Voskoboinikov R. Statistics of primary radiation defects in pure nickel // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. 2020. V. 478. P. 201–204.

  5. Voskoboinikov R.E., Osetsky Yu.N., Bacon D.J. Statistics of primary damage creation in high-energy displacement cascades in copper and zirconium // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. 2006. V. 242. P. 68–70.

  6. Воскобойников Р.Е. Радиационные дефекты в алюминии. Моделирование первичных повреждений в объеме материала // ФММ. 2019. Т. 120. № 1. С. 3–10.

  7. Voskoboinikov R. A contribution of L10 ordered crystal structure to the high radiation tolerance of γ-TiAl intermetallics // Instr. Meth. Phys. Res. B. 2019. V. 460. P. 92–97.

  8. Voskoboinikov R. An insight into radiation resistance of D019 Ti3Al intermetallics // J. Nucl. Mater. 2019. V. 519. P. 239–246.

  9. Voskoboinikov R. MD simulations of primary damage formation in L12 Ni3Al intermetallics // J. Nucl. Mater. 2019. V. 522. P. 123–135.

  10. Nordlund K., Averback R.S. Point defect movement and annealing in collision cascades // Phys. Rev. B. 1997. V. 56. P. 2421–2431.

  11. Lindemann P. Über die Berechnung molekularer Eigenfrequenzen // Physikalische Zeitschrift. 1910. V. 11. P. 609–612.

  12. Voskoboinikov R.E., Osetsky Yu.N., Bacon D.J. Interaction of $1{\text{/}}311\bar {2}0\left( {0001} \right)$ edge dislocation with point defect clusters created in displacement cascades in α-zirconium // Mater. Sci. Eng. A. 2005. V. 400–401. P. 49–53.

  13. Was G.S. Fundamentals of Radiation Materials Science. Metals and Alloys 2nd Ed. Elsevier, Amsterdam, 2017. 1002 p.

  14. Gardiner C. Stochastic Methods. A Handbook for the Natural and Social Sciences 4th Ed. Springer Berlin, Heidelberg, 2009. 447 p.

  15. de Diego N., Osetsky Y.N., Bacon D.J. Mobility of interstitial clusters in alpha-zirconium // Metall Mater Trans A. 2002. V. 33. P. 783–789.

  16. Пример одномерной диффузии ди-, три- и т.п. междоузлий, расположенных в базисной плоскости, вдоль плотноупакованных кристаллографических направлений $11\bar {2}0$ в α-Ti при низких температурах. https://youtu.be/RgldmdibdHs.

  17. Изменение диффузионной подвижности ди-, три- и т.п. междоузлий, расположенных в базисной плоскости, с одного кристаллографического направления $11\bar {2}0$ на другое кристаллографическое направление $11\bar {2}0$ в α-Ti при температурах $T \geqslant 600$ K. https://youtu.be/eNluPvqktc4.

  18. Релаксация каскада столкновений, инициированного ПВА с энергией ${{E}_{{{\text{ПВА}}}}} = 25$ кэВ в α-титане при температуре $T = 900$ К. https://youtu.be/roMU-RTats4.

  19. Релаксация каскада смещений, инициированного ПВА с энергией ${{E}_{{{\text{ПВА}}}}} = 15$ кэВ в α-титане при температуре T = 900 К. https://youtu.be/JkJKSaPwcfY.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика металлов и металловедение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал