УДК 544.022.344.2, 538.971, 66.018.86

DOI 10.24411/1683-805X-2019-13002

 

 

В рамках молекулярно-динамического моделирования исследована эволюция дефектной структуры на различных стадиях развития каскадов атомных смещений с энергиями до 50 кэВ в кристаллитах железа в интервале температур от 300 до 900 K. Количество «выживших» радиационных дефектов в кристаллитах железа увеличивается по степенному закону при повышении энергии первично-выбитого атома. Повышение температуры кристаллита незначительно увеличивает численность «выживших» дефектов. Обнаружено, что каскады атомных смещений могут приводить к радиационно-стимулированной миграции границ зерен, вызванной процессами плавления и кристаллизации радиационно-поврежденной области. Кристаллографическая ориентация облучаемой свободной поверхности оказывает существенное влияние на характер радиационных повреждений. При облучении на свободной поверхности (111) формируются кратеры с островками адатомов, а в приповерхностной области (110) формируются вакансионные петли. В процессе эволюции каскадов атомных смещений точечные дефекты формируют кластеры различного типа. Показано, что при одноосном упругом сжатии количество выживших кластеров точечных дефектов может существенно уменьшаться.

Ключевые слова: первичная радиационная повреждаемость, каскады атомных смещений, кластеры точечных дефектов, границы зерен, свободные поверхности, молекулярная динамика

 

Formation of point defect clusters in metals with grain boundaries during irradiation

This study performs molecular dynamics simulations to investigate defect structure evolution at different evolution stages of atomic displacement cascades with energies up to 50 keV in iron crystallites in the temperature range from 300 to 900 K. The number of surviving radiation defects in iron crystallites increases exponentially with increasing energy of the primary knocked-on atom. An increase in the crystallite temperature slightly increases the number of surviving defects. It is found that atomic displacement cascades can lead to radiation-induced grain boundary migration due to melting and crystallization of the radiation-damaged region. The crystallographic orientation of the irradiated free surface strongly affects the radiation damage. Craters with adatom islands are formed on the (111) free surface, and vacancy loops are nucleated in the (110) near-surface region. Point defects aggregate into clusters of various types during evolution of atomic displacement cascades. It is shown that the number of surviving point defect clusters can significantly decrease under uniaxial elastic compression.

Keywords: primary radiation damage, atomic displacement cascades, clusters of point defects, grain boundaries, free surfaces, molecular dynamics

 

 

 

К.П. Зольников, А.В. Корчуганов, Д.С. Крыжевич, В.М. Чернов, С.Г. Псахье  Особенности формирования кластеров точечных дефектов в металлах с границами раздела при радиационном облучении // Физ. мезомех. - 2019. - Т. 22. - № 3. - С. 15-24