Thermal Dissociation of Di-Interstitials in BCC Fe and V: A Molecular Dynamics Study

Abstract

Термическая диссоциация димежузлий в ОЦК Fe и V: молекулярно-динамическое исследование ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2019, т. 42, вып. 2 99 УДК 544.022.382 ТЕРМИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ ДИМЕЖУЗЛИЙ В ОЦК Fe И V: МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ Д.Н. Демидов, А.Б. Сивак, П.А. Сивак НИЦ «Курчатовский институт», Москва, РоссияМетодом молекулярной динамики рассчитаны температурные зависимости времени жизни димежузлий до диссоциации для ОЦК-металлов Fe (900-1450 К) и V (650-1100 K)). На основе рассчитанных данных предложены аналитические зависимости, позволяющие экстраполировать полученные данные в область более низких температур. Определены энергии активации диссоциации димежузлий: 0,98 эВ и 0,60 эВ в Fe и V соответственно. Для типичных для радиационно-стойких конструкционных материалов значений сил стоков радиационных дефектов (10 15 -10 16 м -2 ) определены температурные границы, ниже которых подавляющее количество димежузлий поглощается на стоках, не успев продиссоциировать: 690-810 K и 410-500 K для Fe и V соответственно. Определены атомные механизмы диффузии и диссоциации димежузлий.Ключевые слова: железо, ванадий, димежузлия, энергия связи, энергия диссоциации, время жизни до диссоциации, средний пробег до диссоциации, коэффициент диффузии, механизмы диффузии, механизмы диссоциации.Temperature dependences of the dissociation lifetime of di-interstitials in bcc metals Fe (900-1450 K and V (650-1100 K) have been calculated by molecular dynamics. Based on the calculated data, analytical dependences allowing one to extrapolate the obtained data to the lower temperature region have been proposed. The activation energies of di-interstitial dissociation have been determined: 0.98 eV and 0.60 eV in Fe and V, respectively. For typical values of radiation defect sink strengths for radiation resistant structural materials (10 15 -10 16 m -2 ), temperature limits have been determined, below which the overwhelming amount of di-interstitials is absorbed by the sinks before their dissociation. These limits are 690-810 K and 410-500 K for Fe and V, respectively. The atomic mechanisms of the diffusion and the dissociation of di-interstitials have been determined. ВВЕДЕНИЕДиффузия радиационных дефектов к стокам (дислокации, границы зёрен, субграницы, поверхности раздела фаз, др.) и их поглощение приводят к эволюции микроструктуры конструкционных материалов ядерных и термоядерных реакторов и, как следствие, к изменению их физико-механических свойств (радиационная ползучесть, радиационное охрупчивание и вакансионное распухание материалов). Поэтому 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][3]. Одними из самых часто образующихся типов кластеров СТД являются димежузлия -два собственных межузельных атома (СМА), нахо...

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

“…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).…”

“…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). The upper boundary of the considered temperature range in Fe is higher than in V, since the interstitials are more resistant to thermal dissociation in Fe than in V and, for the most part, they manage to reach microstructural sinks (dislocation network with a density of 3 × 10 14 m -2 ) before dissociation at temperatures below 700-800 K [12]. From the obtained deformation dependences of the diffusion tensor of bi-interstitials, the elastic diffusion tensors of bi-interstitials and the effective dipole tensors of saddle configurations of bi-interstitials were determined in Fe and V.…”