Processing math: 100%

Моделювання радіяційно-індукованої сеґреґації в стопі Fe–9 ат.% Cr з урахуванням дислокаційної підсистеми стопу

Р. В. Скороход, О. В. Коропов

Інститут прикладної фізики НАН України, вул. Петропавлівська, 58, 40000 Суми, Україна

Отримано: 08.09.2020; остаточний варіант - 24.12.2021. Завантажити: PDF

Для стопу Fe–9 ат.% Cr в рамках моделю, який базується на першому і другому законах Фіка з урахуванням оберненого ефекту Кіркендала, проведено моделювання радіяційно-індукованої сеґреґації та систематизацію і розрахунки визначальних кількісних характеристик радіяційно-індукованої сеґреґації. До таких характеристик ми відносимо наступні: концентраційні профілі атомів Cr і точкових дефектів, поверхневу концентрацію атомів Cr, величину поверхневого збагачення (збіднення) атомів Cr, повну ширину концентраційного профілю атомів Cr на рівні половини максимального збагачення (збіднення), сеґреґаційну площу Cr та дискримінант радіяційно-індукованої сеґреґації атомів Cr в стаціонарному режимі. Досліджено вплив дислокаційної підсистеми стопу Fe–9 ат.% Cr на зазначені характеристики радіяційно-індукованої сеґреґації і показано, що дислокаційна підсистема пригнічує ефекти радіяційно-індукованої сеґреґації за рахунок поглинання нерівноважних точкових дефектів. Розраховані концентраційні профілі атомів Cr та точкових дефектів при обраних значеннях густин дислокацій в дислокаційній підсистемі стопу (0, 1012 м2, 1014 м2, 1016 м2). Для даних значень густин дислокацій досліджена залежність поверхневого збагачення атомів Cr від дози опромінення при її збільшенні від 104 зна до 102 зна і проаналізовані залежності визначальних кількісних характеристик радіяційно-індукованої сеґреґації від температури при її зміні від 250°С до 650°С.

Ключові слова: радіяційно-індукована сеґреґація, концентровані металеві стопи, дислокаційна підсистема стопу, точкові дефекти, концентраційні профілі, поверхневе збагачення, комп’ютерне моделювання.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v44/i06/0691.html

PACS: 07.05.Tp, 61.72.J-, 61.80.Az, 61.80.Hg, 61.82.Bg, 66.30.-h


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. G. S. Was, Fundamentals of Radiation Materials Science. Metals and Alloys. 2nd Ed. (New York: Springer: 2017). Crossref
  2. A. Aitkaliyeva, L. He, H. Wen, B. Miller, X. M. Bai, and T. Allen, Structural Materials for Generation IV Nuclear Reactors (Ed. P. Yvon) (Amsterdam: Elsevier: 2017), p. 253. Crossref
  3. S. J. Zinkle, H. Tanigawa and B. D. Wirth, Structural Alloys for Nuclear Energy Applications (Eds. G. R. Odette and S. J. Zinkle) (Amsterdam: Elsevier: 2019), p. 163. Crossref
  4. G. S. Was and S. Ukai, Structural Alloys for Nuclear Energy Applications (Eds. G. R. Odette and S. J. Zinkle) (Amsterdam: Elsevier: 2019), p. 293.
  5. В. Н. Воеводин, И. М. Неклюдов, Эволюция структурно-фазового состояния и радиационная стойкость конструкционных материалов (Київ: Наукова думка: 2006).
  6. В. Н. Воеводин, И. М. Неклюдов, «Вісник Харківського національного університету». Серія фізична «Ядра, частинки, поля», 746, вип. 4 (32): 3 (2006).
  7. А. Гриценко, В. Демехин, В. Илькович, В. Буканов, Е. Васильева, Ядерна та радіаційна безпека, 50: 29 (2011).
  8. J. P. Wharry and G. S. Was, J. Nucl. Mater., 442: 7 (2013). Crossref
  9. C. Zheng and D. Kaoumi, Mater. Charact., 134: 152 (2017). Crossref
  10. C. Zheng, M. A. Auger, M. P. Moody, and D. Kaoumi, J. Nucl. Mater., 491: 162 (2017). Crossref
  11. H.-H. Jin, S. S. Hwang, M. J. Choi, G.-G. Lee, and J. Kwon, J. Nucl. Mater., 513: 271 (2019). Crossref
  12. X. Liu, J. G. Gigax, J. D. Poplawsky, W. Guo, H. Kim, L. Shao, F. A. Garner, and J. F. Stubbins, Materialia, No. 9: 100542 (2020). Crossref
  13. B. D. Wirth, G. R. Odette, J. Marian, L. Ventelon, J. A. Young-Vandersall, and L. A. Zepeda-Ruiz, J. Nucl. Mater., 329–333 (Part A): 103 (2004). Crossref
  14. A. J. Ardell and P. Bellon, Current Opinion in Solid State and Materials Science, 20, No. 3: 115 (2016). Crossref
  15. Я. И. Френкель, Введение в теорию металлов (Ленинград: Наука: 1972).
  16. A. M. Косевич, Физическая механика реальных кристаллов (Киев: Наукова Думка: 1981).
  17. С. А. Котречко, Ю. Я. Мешков, Предельная прочность. Кристаллы, металлы, конструкции (Киев: Наукова Думка: 2008).
  18. A. S. Bakai, O. V. Borodin, V. V. Bryk, V. N. Voyevodin, V. F. Zelenskij, I. M. Neklyudov, P. V. Platonov, and A. A. Turkin, J. Nucl. Mater., 185: 260 (1991). Crossref
  19. А. С. Бакай, А. А. Туркин, Радиационно-индуцированная модификация фазовой диаграммы бинарного сплава (Москва: ЦНИИатоминформ: 1988).
  20. А. А. Туркин, А. С. Бакай, Вопросы атомной науки и техники, Вып. 4 (89): 47 (2006).
  21. А. А. Туркин, Проблемы теоретической и математической физики. Научные труды, Вып. 3 (Ред. А. Г. Загородний, Н. Ф. Шульга, В. В. Яновский) (Харьков: ХНУ имени В. Н. Каразина: 2019), с. 58.
  22. А. А. Туркин, Теорія фазових перетворень у неупорядкованих сплавах заміщення під опроміненням (Дис.  докт. фіз.-мат. наук) (Харків: 2010).
  23. R. Bullough and R. C. Newman, Rep. Prog. Phys., 33, No. 1: 101 (1970). Crossref
  24. H. Wiedersich, P. R. Okamoto, and N. Q. Lam, J. Nucl. Mater., 83: 98 (1979). Crossref
  25. J. P. Wharry, Z. Jiao, and G. S. Was, J. Nucl. Mater., 425: 117 (2012). Crossref
  26. J. P. Wharry and G. S. Was, Acta Mater., 65: 42 (2014). Crossref
  27. R. V. Skorokhod, O. M. Buhay, V. M. Bilyk, V. L. Denysenko, and O. V. Koropov, Східно-європейський фізичний журнал, 5, № 1: 61 (2018).
  28. О. В. Коропов, Р. В. Скороход, ІX Міжнародна науково-практична конференція «Математика в сучасному технічному університеті» (28–29 грудня 2020, Київ) (Вінниця: ФОП Ю. В. Кушнір: 2021), c. 80. Crossref
  29. О. В. Коропов, 18 Міжнародна наукова конференція ім. академіка Михайла Кравчука (7–10 жовтня 2017) (Київ: НТУУ «КПІ»: 2017), т. 1, c. 86.
  30. О. В. Коропов, 17 Міжнародна наукова конференція ім. академіка Михайла Кравчука (19–20 травня 2016) (Київ: НТУУ «КПІ»: 2016), т. 1, c. 161.
  31. F. Soisson, J. Nucl. Mater., 349: 235 (2006). Crossref
  32. K. G. Field, L. M. Barnard, C. M. Parish, J. T. Busby, D. Morgan, and T. R. Allen, J. Nucl. Mater., 435: 172 (2013). Crossref
  33. D. S. Gelles, J. Nucl. Mater., 108–109: 515 (1982). Crossref
  34. S. I. Porollo, A. M. Dvoriashin, A. N. Vorobyev, and Yu. V. Konobeev, J. Nucl. Mater., 256: 247 (1998). Crossref
  35. Yu. V. Konobeev, A. M. Dvoriashin, S. I. Porollo, and F. A. Garner, J. Nucl. Mater., 355: 124 (2006). Crossref
  36. W.-Y. Chen, Y. Miao, J. Gan, M. A. Okuniewski, S. A. Maloy, and J. F. Stubbins, Acta Mater., 111: 407 (2016). Crossref
  37. S. Choudhury, L. Barnard, J. D. Tucker, T. R. Allen, B. D. Wirth, M. Asta, and D. Morgan, J. Nucl. Mater., 411: 1 (2011). Crossref
  38. C.-C. Fu, J. Dalla Torre, F. Willaime, J.-L. Bocquet, and A. Barbu, Nat. Mater., 4: 68 (2005). Crossref
  39. K. Vörtler, M. Mamivand, L. Barnard, I. Szlufarska, F. A. Garner, and D. Morgan, J. Nucl. Mater., 479: 23 (2016). Crossref
  40. P. Olsson, C. Domain, and J. Wallenius, Phys. Rev. B, 75: 014110 (2007). Crossref
  41. H.-E. Schaefer, K. Maier, M. Weller, D. Herlach, A. Seeger, and J. Diehl, Scripta Metallurgica, 11: No. 9: 803 (1977). Crossref
  42. T. R. Allen and G. S. Was, Acta Mater., 46, No. 10: 3679 (1998). Crossref
  43. S. J. Zinkle and J. T. Busby, Mater. Today, 12, No. 11: 12 (2009). Crossref
  44. D. Buckthorpe, Structural Materials for Generation IV Nuclear Reactors (Ed. P. Yvon) (Amsterdam: Elsevier: 2017), p. 1. Crossref