CRYSTALLOGRAPHIC, ENERGETIC AND DIFFUSION CHARACTERISTICS OF DI-INTERSTITIALS IN BCC METALS Fe AND V

Abstract

Кристаллографические, энергетические и диффузионные характеристики димежузлий в ОЦК-металлах Fe и V ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2019, т. 42, вып. 3 85 УДК 544.022.341, 544.022.382 КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ И ДИФФУЗИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИМЕЖУЗЛИЙ В ОЦК-МЕТАЛЛАХ Fe И V Д.Н. Демидов, А.Б. Сивак, П.А. Сивак НИЦ «Курчатовский институт», Москва, Россия Исследованы энергетические (энергии образования, энергии связи), кристаллографические и диффузионные (коэффициент диффузии дефекта, коэффициент диффузии меченых атомов, корреляционный множитель меченых атомов) характеристики димежузлий в ОЦК-металлах Fe и V методами молекулярной статики и молекулярной динамики. Определены наиболее энергетически выгодные конфигурации димежузлий. Рассчитаны температурные зависимости коэффициентов диффузии димежузлий в температурном диапазоне 150-1000 К. Полученные температурные зависимости имеют неаррениусовский характер, возникающий из-за существования нескольких механизмов диффузии. Построены аналитические аппроксимации этих зависимостей на основании предложенной кинетической модели диффузии димежузлий. Ключевые слова: железо, ванадий, димежузлия, кристаллографические конфигурации димежузлий, энергия образования, энергия связи, коэффициент диффузии димежузлий, корреляционный множитель меченых атомов, механизмы диффузии, кинетические модели диффузии.Energetic (formation energies, binding energies), crystallographic and diffusion (defect diffusivity, tracer diffusivity, tracer correlation factor) characteristics of di-interstitials have been investigated by molecular statics and molecular dynamics methods in BCC metals Fe and V. The most energetically favorable configurations of di-interstitials have been determined. The temperature dependences of the diinterstitials diffusivity in the temperature range of 150-1000 K have been calculated. Obtained temperature dependences are non-Arrhenius because of acting of different diffusion mechanisms. Analytical approximations of these dependences based on the proposed kinetic model of di-interstitial diffusion have been constructed. ВВЕДЕНИЕДиффузия радиационных дефектов к стокам (дислокации, границы зёрен, субграницы, поверхности раздела фаз) и их поглощение приводят к эволюции микроструктуры конструкционных материалов ядерных и термоядерных реакторов и, как следствие, к изменению их физико-механических свойств (радиационно-ускоренная ползучесть, радиационное охрупчивание и вакансионное распухание материалов). Для построения физических моделей изменения свойств материалов под радиационными, механическими и термическими нагрузками необходимо знать характеристики радиационных дефектов, которые являются параметрами таких моделей. В процессе повреждающего нейтронного каскадообразующего облучения образуются не только собственные точечные дефекты (СТД), но и их кластеры [1,2]. Одним из самых часто образующихся типов кластеров СТД являются димежузлия. В ОЦК-металлах Fe и V в среднем от 10 до 20% выживших после окончания каскада собственных межузельных атомов (СМА) содержатся в димежузлиях ...

Diffusion of Bi-Interstitials in the Fe and V BCC Metals Subjected to Different Types of External Loads

“…than in Fe, which evidences the smallness of the migration volume of bi-interstitials in Fe compared to V. Most likely, this is due to the fact that the crowdion mechanism of diffusion significantly contributes to the diffusion of a bi-interstitial in Fe, in contrast to V [13]. For Fe and V, is fulfilled within the calculated error margins at all values of T and ε 1 .…”

“…We have earlier obtained the diffusion characteristics of bi-interstitials in Fe and V in the absence of external elastic fields by the MD method [12,13]. In this study, the dependences of the diffusion characteristics of bi-interstitials on the value of the uniform elastic deformation of the crystal (in the range from -1 to + 1%) for strained states V 1 , V 2 , and V 4 were calculated by the MD method for bcc metals Fe (350-800 K) and V (350-600 K).…”

“…For each temperature, the time that would allow a bi-interstitial to complete 10 5 jumps was estimated on the basis of previously obtained data on the mean physical time of simulation without deformation [13]. This time served as a criterion for stopping the simulation in each calculation run.…”