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, 10$^{12}$ м$^{-2}$, 10$^{14}$ м$^{-2}$, 10$^{16}$ м$^{-2}$). Для даних значень густин дислокацій досліджена залежність поверхневого збагачення атомів Cr від дози опромінення при її збільшенні від 10$^{-4}$ зна до 10$^{2}$ 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