Кластерна динаміка та її використання в реакторному матеріалознавцтві : монографія

Abstract

Монографію присвячено розробці нових підходів щодо дослідження актуальних проблем фізики твердого тіла стосовно реакторного матеріалознавства. Мультимасштабне моделювання кінетики вакансій та міжвузлей та їх кластерів проведено для α-заліза, яке опромінені нейтронами, іонами та електронами. Модифіковано спосіб інтегрування диференціальних рівнянь для забезпечення надійності дослідження кінетики дефектів в опромінених реакторних матеріалах методом кластерної динаміки (КД). Найдено залежність від флаксу середнього розміру і чисельної щільності вакансійних кластерів (VC) та кластерів міжвузлів (SIAC) у чистому залізі, що опромінено нейтронами. Уперше установлено, що при малих та великих флаксах спостерігаються близькі значення діаметру SIAC, що може бути обґрунтуванням використання даних, отриманих при іонному опромінені або у науково-дослідних атомних реакторах до прогнозування кінетики процесів у комерційних атомних реакторах. Знайдено, що залежність індукованого опроміненням зміцнення корпусу реактора від флаксу має два режими із критичним значенням 1,70×10-7 dpa/с (1,10×1014 н/м2/с). Показано, що ідентичні критичні значення залежностей величини флакса і чисельної щільності VC та SIAC можна пояснити взаємозв'язком між положенням піку розподілу точкових кластерів після каскадної стадії і критичними розмірами VC і SIAC. Урахування зміни температури реактора дозволяє при калібруванні КД моделі отримати значення енергії міграції вакансій у α-залізі, Evm = 0,62 eВ, яке більш відповідає ступені чистоти α-заліза, а саме вмісту вуглецю менше ніж 30 аppm, ніж значення Evm = 1,30 eВ, при припущені про постійну температуру протягом нейтронного опромінення. Знайдено засіб використання результату КД про індуковане опромінення збільшення межі текучості для оцінки зміни механічної стабільності реакторних матеріалів у межах фізико-механічної моделі міжзеренного руйнування, яке спричинено еволюцією пор.

The monograph is devoted to the development of new approaches to the study of current problems of solid state physics in relation to reactor materials science. Multiscale modeling of the kinetics of vacancies and internodes and their clusters was performed for α-iron, which is irradiated with neutrons, ions and electrons.The method of integrating differential equations has been modified to ensure the reliability of the study of defect kinetics in irradiated reactor materials by the method of cluster dynamics (CD). The dependence on the average size and numerical density of vacancy clusters (VC) and internode clusters (SIAC) in pure iron irradiated with neutrons was found.