[发明专利]辐照下锆基合金中位错环半径动力学模拟方法及模型系统

说明书

本发明公开了辐照下锆基合金中位错环半径动力学模拟方法及模型系统，涉及核材料辐照模拟技术领域，其技术方案要点是：基于反应速率理论方法建立模拟位错结构的演化和辐照生长模型；建立基于演化和辐照生长模型的位错环半径动力学模型；将获取的材料参数作为数值模拟参数输入至位错环半径动力学模型；位错环半径动力学模型根据数值模拟参数模拟计算位错环半径与合金元素含量、晶粒尺寸、温度、剂量率的依赖关系。本发明能够模拟研究辐照剂量对位错环半径、位错密度的影响，还可以用于研究锡和铌作为锆基合金中的合金元素对位错环生长动力学、力学性能和辐照生长的影响，预测范围广，还能够保证计算结果的准确性。

技术领域

本发明涉及核材料辐照模拟技术领域，更具体地说，它涉及辐照下锆基合金中位错环半径动力学模拟方法及模型系统。

背景技术

多尺度数值模拟是研究核材料辐照损伤的最有效方法之一。在多尺度模型中，可以在不同时间尺度和空间尺度上研究辐照缺陷的形成过程，进而可以得出材料力学性能的变化情况。与中子辐照实验研究相比，该方法成本较低、周期可控，还能够实现实验所不能达到或者要达到也要付出巨大代价的实验条件。

在多尺度数值模拟的方法中，比较有效的就是反应速率理论方法。速率理论是一种模拟核材料辐照损伤微观结构演化的方法，通过建立微观尺度下的缺陷与基体原子之间的反应方程，从而求解缺陷及其团簇的浓度。在计算中，反应速率通常正比于反应物浓度的乘积，比例系数就是反应速率系数。速率理论可以描述材料中点缺陷、缺陷团簇和缺陷阱之间准化学反应的，该方法有很多优势。速率理论能够通过缺陷及其团簇的浓度，确定核材料中微空洞和位错环的演化过程，实现预测核材料中的辐照生长、辐照肿胀、辐照硬化等辐照效应。同时，它还可以定义晶界对位错环的影响，根据晶粒位置获得晶粒内部应变的局部分布。

近几十年来，国际上通过采用速率理论预测如辐照肿胀、辐照生长和辐照诱导析出等辐照效应。虽然我国近些年来在数值模拟方向的发展较快，但在介观尺度模拟上与国际发达国家速率理论的研究进展差距很大。部分国家已经成熟应用速率理论开发了一些程序，但这些程序并不具有普适性。同时，各个国家的研究组对于缺陷之间相互作用的理解并不一致，因此程序之间相互借鉴的只有物理机制，缺陷之间的反应项无法完全覆盖。目前，尚未有任何一个模型可以准确模拟核材料中缺陷的反应过程，国内外开发的相关程序也均不能达到理想的准确度。因此，如何研究设计一种基于反应速率理论的辐照下锆基合金中位错环半径动力学模拟方法及模型系统是我们目前急需解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供辐照下锆基合金中位错环半径动力学模拟方法及模型系统。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，提供了辐照下锆基合金中位错环半径动力学模拟方法，包括以下步骤：

S101：基于反应速率理论方法建立模拟位错结构的演化和辐照生长模型；

S102：建立基于演化和辐照生长模型的位错环半径动力学模型；

S103：将获取的材料参数作为数值模拟参数输入至位错环半径动力学模型；

S104：位错环半径动力学模型根据数值模拟参数模拟计算位错环半径与合金元素含量、晶粒尺寸、温度、剂量率的依赖关系。

进一步的，所述演化和辐照生长模型建立具体为：

二元锆基合金中A、B两种原子的浓度分别为c_A、c_B，c_A、c_B服从守恒定律c_A+c_B＝1；