为研究多晶材料中的缺陷累积机制而开发的辐射损伤模拟软件

近日，中国科学院合肥物质科学研究院(HFIPS)固体物理研究所(ISSP)刘长松研究员课题组 开发了一套模拟位移损伤演化的软件。跨时空尺度的多晶金属，命名为物体动力学蒙特卡罗-晶格动力学蒙特卡罗(OKMC-LKMC)杂交模拟软件。

使用该软件，研究团队探索了铁 (Fe) 晶界 (GB) 空位的积累和演变。

结果发表在 《核材料杂志》上。

多晶/纳米晶 (PC/NC) Fe 被发现表现出更好的抗辐射性。在以前的多尺度模拟中，GBs 通常被抽象为没有特定结构的二维平面，并使用一系列能量和动力学参数来表征结构特征GB。然而，GB 特征的多样性使得 GB 表现出截然不同的局部结构和缺陷特性。如果将这些属性简单地抽象为单个交互参数，将会遗漏大量与缺陷相关的原子信息，从而影响长时间尺度上缺陷演化的准确预测。

本研究开发的技术不仅可以区分 GBs 缺陷特性的空间位置依赖性，还可以粗粒度地模拟缺陷远离 GB 区域的演变。

研究人员研究了 Vs 在 Fe GBs 中的积累机制，主要关注 Vs 与不同 GBs 的相互作用过程。

结果阐明了 Vs 积累对 GB 特性的依赖性。在高温下，除了众所周知的 GB 对 V 的捕获之外，还发现了 V 发射和泄漏的原子过程。这些过程的发生取决于 GB 字符。基于晶粒尺寸、晶界V形成能和晶界内迁移能垒的组合，提出了晶粒尺寸与晶界特征的耦合方程。

当满足该方程时，最初发生在高能级区域的缺陷发射过程被沿 GB 的缺陷巡航抑制。这带来了辐射性能与缺陷-GB 结合强度之间关系的不确定性，特别是在小晶粒尺寸的情况下。

这项工作揭示了新的 V-GB 交互过程，以及这些过程之间的耦合。这些结果对其他PC体系具有普遍意义，可以揭示PC材料的辐射响应，为基于GB工程的材料抗辐射性能实验优化提供机理参考。

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