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考虑各向异性蠕变的锆包壳鼓胀行为数值模拟方法研究
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作者 李伟 李小雨 +3 位作者 段倩妮 王皓坤 武俊梅 刘仕超 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期878-886,共9页
锆(Zr)合金包壳在高温和管内外压差作用下存在鼓胀及爆破失效行为,其中热蠕变是关键影响因素之一。针对α相Zr蠕变存在的各向异性特点,基于Hill准则推导了应力更新算法和一致切线刚度算法,并基于有限元方法加以实现,结合与温度和辐照相... 锆(Zr)合金包壳在高温和管内外压差作用下存在鼓胀及爆破失效行为,其中热蠕变是关键影响因素之一。针对α相Zr蠕变存在的各向异性特点,基于Hill准则推导了应力更新算法和一致切线刚度算法,并基于有限元方法加以实现,结合与温度和辐照相关的热-力学物性、α-β相转变模型和爆破失效限值经验模型,获得了Zr包壳的鼓胀行为分析工具。采用厚壁圆管蠕变问题的理论解析解进行了确认,通过与PUZRY系列鼓胀爆裂实验对比进行了验证,结果表明:相较于常规的各向同性蠕变算法,各向异性蠕变算法能够更好地预测α相区间的Zr包壳高温鼓胀;对于α+β混合相区间,目前常用的加权混合方法计算蠕变速率还存在较大误差;对于加压速率较大的工况,如果仅仅考虑蠕变的影响,则会存在较大误差。 展开更多
关键词 各向异性蠕变 包壳鼓胀 有限元模拟
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球磨及烧结温度对碳化硼不锈钢材料组织的影响
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作者 李圆圆 王一帆 +1 位作者 潘小强 郑继云 《黑龙江科学》 2024年第2期9-14,共6页
以不锈钢粉末、碳化硼粉末为原材料,将不锈钢粉末球磨后与碳化硼粉末混合,进行SPS烧结,对比研究烧结温度、烧结时间、烧结压力、碳化硼掺杂量对碳化硼不锈钢材料致密度、开合孔、微观结构的影响。结果表明,球磨后不锈钢粉体比表面积达到... 以不锈钢粉末、碳化硼粉末为原材料,将不锈钢粉末球磨后与碳化硼粉末混合,进行SPS烧结,对比研究烧结温度、烧结时间、烧结压力、碳化硼掺杂量对碳化硼不锈钢材料致密度、开合孔、微观结构的影响。结果表明,球磨后不锈钢粉体比表面积达到0.41 g/cm~3,是球磨前不锈钢粉末表面积的6倍,且碳化硼不锈钢密度随烧结压力的增加而快速增加,碳化硼不锈钢复合材料的密度随碳化硼掺量的增加而降低,此结果可为碳化硼不锈钢材料的研究提供参考。 展开更多
关键词 碳化硼 不锈钢 SPS 微观组织
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MOX燃料与包壳化学相互作用研究进展 被引量:1
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作者 韩华 汤琪 程焕林 《装备环境工程》 CAS 2024年第7期159-168,共10页
简要介绍了MOX燃料芯块微观组织特点和主要裂变产物行为及其对化学相互作用层的影响,归纳总结了国内外对化学相互作用层微观结构的研究进展,分析了现有研究的不足和仍待解决的问题,以期对我国未来MOX燃料的研究和应用提供部分参考。
关键词 MOX燃料 包壳 化学相互作用层 中子辐照 燃料包壳间隙 裂变产物 微观结构
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乏燃料棒M5锆合金包壳的透射电镜分析
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作者 钱进 卞伟 +2 位作者 郭一帆 王鑫 梁政强 《原子能科学技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期149-156,共8页
压水堆燃料元件的锆合金包壳,在服役期间会经受高中子注量辐照,其微观组织将发生很大变化,从而影响其宏观性能,因此锆合金包壳的中子辐照行为研究一直是核领域的研究重点。但由于材料经中子辐照后具有较强的放射性,相关的实验必须在热... 压水堆燃料元件的锆合金包壳,在服役期间会经受高中子注量辐照,其微观组织将发生很大变化,从而影响其宏观性能,因此锆合金包壳的中子辐照行为研究一直是核领域的研究重点。但由于材料经中子辐照后具有较强的放射性,相关的实验必须在热室内进行,因此针对辐照后燃料包壳微观组织的研究也一直是工作的难点。本文在中国原子能科学研究院热室设施上,通过透射电镜分析手段,研究了M5锆合金包壳材料中子辐照后的微观组织。样品来源于国内商业压水堆AFA3G型乏燃料棒,其燃耗分别为14 GW·d/tU和41 GW·d/tU。从燃料棒上截取长度约10 mm的包壳样品,在热室内完成去芯块与化学清洗,获得空包壳样品,然后通过机械制样方法,制备出?3 mm薄片状包壳基体样品,最后采用电解双喷减薄方法,制备出包壳透射电镜观察分析样品。另外,为对比锆包壳辐照后的组织变化,采用同样方法制备了相同材料的冷态观察分析样品。冷态样品与辐照样品的观察分析结果表明:冷态Zr合金包壳基体组织内部存在原生的第二相粒子,基体内部整体较为干净,纳米析出相稀少,未观察到明显的位错结构;辐照后,基体内原生的第二相粒子尺寸和分布与冷态样品差异不明显,但出现了明显的纳米析出相和高密度位错组织;随着燃耗的增加,纳米析出相尺寸有增加的现象;低燃耗与高燃耗样品位错组织具有相似性,表明在14 GW·d/tU燃耗下,锆合金包壳内由辐照产生的位错组织已基本趋于饱和状态;电子选取衍射结果表明,辐照后,基体内原生的第二相粒子虽存在一些非晶组织,但仍以bcc晶体结构为主,表明在41 GW·d/tU燃耗下,第二相粒子保持了一定的辐照稳定性;另外,第二相的EDS结果表明,随着燃耗的增加,Nb元素的含量有贫化趋势;分析认为,Zr合金经中子辐照,第二相粒子中的Nb原子扩展至Zr基体内,将促进Nb元素以纳米富Nb相形式在Zr基体中析出。 展开更多
关键词 辐照后检验 透射电镜 压水堆 锆合金 燃料棒 中子辐照 热室
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奥氏体不锈钢辐照脆化预测模型建立及验证
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作者 贾丽霞 王东杰 +2 位作者 贺新福 吴石 杨文 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1635-1645,共11页
奥氏体不锈钢因具有较高的断裂韧性,是反应堆内重要的结构材料。在长期服役过程中,奥氏体不锈钢会遭受中子辐照引起微观结构变化,从而导致断裂韧性下降,影响其服役行为。在反应堆延寿时需考虑奥氏体不锈钢的辐照脆化行为,即断裂韧性降... 奥氏体不锈钢因具有较高的断裂韧性,是反应堆内重要的结构材料。在长期服役过程中,奥氏体不锈钢会遭受中子辐照引起微观结构变化,从而导致断裂韧性下降,影响其服役行为。在反应堆延寿时需考虑奥氏体不锈钢的辐照脆化行为,即断裂韧性降低行为。辐照后断裂韧性实验数据较少,而辐照后拉伸性能实验数据较多,根据断裂韧性与拉伸性能的关系,可以用辐照后拉伸性能数据实现对辐照后断裂韧性的行为预测。为预测奥氏体不锈钢辐照脆化性能,首先根据辐照硬化和辐照后微观结构信息关联模型,利用辐照后微观结构信息实现对辐照后拉伸屈服应力的预测;再根据辐照硬化和断裂韧性的关联模型,利用辐照前的均匀延伸率、屈服应力/流体应力和断裂韧性,结合拟合获得的辐照后流体应力、均匀延伸率,实现奥氏体不锈钢辐照后断裂韧性预测,即实现对奥氏体不锈钢辐照脆化的预测。通过以上步骤,可基于辐照后微观结构信息直接预测奥氏体不锈钢辐照后的断裂韧性。利用文献中获得的奥氏体不锈钢辐照后微观结构实验数据对辐照后断裂韧性进行预测,断裂韧性预测值与文献中报道的奥氏体不锈钢断裂韧性实验值基本吻合,验证了模型的有效性。研究表明,辐照后出现的位错环是引起奥氏体不锈钢辐照脆化的主要微观结构。未来可根据实验测得或模拟计算获得的辐照后微观结构信息,实现对奥氏体不锈钢辐照脆化的预测,为反应堆延寿提供理论指导。 展开更多
关键词 堆内构件 奥氏体不锈钢 断裂韧性 辐照脆化 预测模型
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核电站堆腔混凝土辐照试验研究
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作者 黄岗 刘晓松 +7 位作者 李国云 许怡幸 陈浩 刘东彬 李延鹏 黄伟杰 张平 金帅 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1725-1731,共7页
作为核电站关键材料的堆腔混凝土,其安全服役是核电站长期稳定安全运行的前提条件之一。为了进行堆腔混凝土的中子辐照损伤机理研究,获得堆腔混凝土在中子辐照环境下的试验数据,本文建立了堆腔混凝土辐照试验方法,研制了辐照试验装置,... 作为核电站关键材料的堆腔混凝土,其安全服役是核电站长期稳定安全运行的前提条件之一。为了进行堆腔混凝土的中子辐照损伤机理研究,获得堆腔混凝土在中子辐照环境下的试验数据,本文建立了堆腔混凝土辐照试验方法,研制了辐照试验装置,并在研究堆中对其进行了加速辐照试验。结果表明:辐照试验装置设计合理,辐照试验指标满足试验要求,实现了两种规格多个混凝土试样的中子辐照。进一步的混凝土试样辐照性能研究结果表明:混凝土试样在平均快中子注量3.41×10^(18) cm^(−2)下辐照后,与辐照前相比,其外部形状未见明显差异,但试样颜色变化较大,并且出现一定的辐照肿胀和力学性能退化现象。 展开更多
关键词 核电站 堆腔混凝土 中子辐照 辐照性能 试验研究
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钠基纳米流体中钠原子吸附行为特性模拟计算
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作者 朴君 李春晖 +3 位作者 阿不都赛米·亚库甫 张智刚 王荣东 矫彩山 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1912-1919,共8页
钠基纳米流体利用过渡金属纳米颗粒吸附钠原子的性质,有效降低了钠原子的反应性,进而有效抑制钠火及钠水事故严重性,但目前相关吸附行为及规律尚不明确。研究基于密度泛函理论和电子结构分析,计算分析了钛、铁和铜纳米团簇(TM_(n),TM=Ti... 钠基纳米流体利用过渡金属纳米颗粒吸附钠原子的性质,有效降低了钠原子的反应性,进而有效抑制钠火及钠水事故严重性,但目前相关吸附行为及规律尚不明确。研究基于密度泛函理论和电子结构分析,计算分析了钛、铁和铜纳米团簇(TM_(n),TM=Ti、Fe、Cu,n=2~13)及其与钠原子间形成复合物(Na-TM_(n))的结构和性质,分析了TM_(n)的稳定性以及其与Na原子间相互作用。结果表明,Ti_(n)具有最高的稳定性,但其吸附钠原子的能力低于Fe_(n)和Cu_(n)。钠原子主要通过范德华作用吸附于TM_(n)表面,且两者间的电荷转移行为使得TM_(n)带负电荷。 展开更多
关键词 钠冷快堆 纳米流体 过渡金属 计算化学 团簇
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氢含量对锆合金蠕变-疲劳行为的影响及机理研究
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作者 陈乐 许江涛 +3 位作者 王朋飞 李顺平 戴训 刘肖 《有色金属工程》 CAS 北大核心 2024年第4期43-50,共8页
针对反应堆用锆合金渗氢后易发生蠕变-疲劳失效问题,采用频率修正应变寿命法和频率修正滞回能法研究了再结晶状态的锆合金在320oC、不同渗氢含量下的蠕变-疲劳行为。结果表明:随保持时间增加,无渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能降低,但保持时... 针对反应堆用锆合金渗氢后易发生蠕变-疲劳失效问题,采用频率修正应变寿命法和频率修正滞回能法研究了再结晶状态的锆合金在320oC、不同渗氢含量下的蠕变-疲劳行为。结果表明:随保持时间增加,无渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能降低,但保持时间30 s以上时无明显影响;保持时间对渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能无影响。不同保持时间下,未渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能最好,0.04%氢含量试样的性能最差,0.005%氢含量在高应变水平(高滞回能)下的抗蠕变-疲劳性能弱于0.02%氢含量试样,而在低应变水平区域优于0.02%氢含量试样。氢含量的影响机理为:固溶氢可提高蠕变-疲劳寿命,氢化物可降低蠕变-疲劳寿命;0.04%氢含量试样中氢化物起主导作用,导致其蠕变-疲劳性能最差。 展开更多
关键词 锆合金 蠕变-疲劳 渗氢 滞回能
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Si合金化对10Cr铁/马钢在液态铅铋共晶环境中的液态金属脆化敏感性的影响
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作者 卓洪 钟志淮 +3 位作者 温涛 肖军 王浩 龚星 《核科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期314-321,共8页
铁素体/马氏体钢是第四代液态铅铋冷却快堆燃料包壳和其他堆内构件的重要候选结构材料。Si合金化是目前国内外改善铁/马钢在铅铋环境中的腐蚀性能的关键技术手段,但Si的加入对应力腐蚀开裂敏感性(即“液态金属脆化”)的影响规律还有待... 铁素体/马氏体钢是第四代液态铅铋冷却快堆燃料包壳和其他堆内构件的重要候选结构材料。Si合金化是目前国内外改善铁/马钢在铅铋环境中的腐蚀性能的关键技术手段,但Si的加入对应力腐蚀开裂敏感性(即“液态金属脆化”)的影响规律还有待深入研究。本文通过开展慢应变速率拉伸实验,对比研究了4种不同Si含量对10Cr铁素体/马氏体钢在350℃、贫氧和饱和氧铅铋以及氩气环境中的拉伸断裂行为,并结合断口分析,确定了Si对液态金属脆化敏感性的影响规律。结果表明,在所有Si含量下,铅铋对屈服强度和最大抗拉强度均没有显著影响,铅铋的影响主要体现在延伸率出现了明显下降;屈服强度随Si含量的变化基本保持不变,最大抗拉强度则呈现小幅度增大趋势;在氩气环境中,延伸率随Si含量的增加而增大。在贫氧铅铋环境中,延伸率的下降幅度与Si含量大体呈正相关。这说明Si含量越多,10Cr铁素体/马氏体钢的液态金属脆化敏感性越大。 展开更多
关键词 铅铋 腐蚀 铁素体/马氏体钢 奥氏体不锈钢
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反应堆合金材料腐蚀的密度泛函理论计算研究现状
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作者 沈传凯 张宝亮 +4 位作者 刘文冠 张瀚资 涂蒙河 龙斌 王辉 《核技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1-14,共14页
经过几十年的研究,对现有反应堆合金材料服役工况下的腐蚀问题及规律已经有了较为清晰的认识,但是依然存在一些待解决的问题,如对反应堆合金材料腐蚀中本质过程的理解,单一因素在腐蚀过程中所起的作用,新材料以及极端环境下的腐蚀行为... 经过几十年的研究,对现有反应堆合金材料服役工况下的腐蚀问题及规律已经有了较为清晰的认识,但是依然存在一些待解决的问题,如对反应堆合金材料腐蚀中本质过程的理解,单一因素在腐蚀过程中所起的作用,新材料以及极端环境下的腐蚀行为预测等。基于量子力学的密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)计算可以精确地预测极短时间内原子的运动过程以及相关能量的变化,近年来逐渐成为反应堆合金材料腐蚀过程研究的重要辅助手段,这将有助于解决上述问题。本文首先介绍了DFT方法,主要包括理论基础、发展过程与主流计算软件。然后对DFT理论在反应堆合金材料腐蚀领域应用的研究现状进行了综合论述和分析,包括水冷堆、液态金属冷却堆、熔盐堆介质环境中反应堆合金材料表面的吸附、解离、结合、内部扩散等腐蚀行为。最后展望了DFT应用在反应堆合金材料腐蚀方面的未来发展趋势。 展开更多
关键词 反应堆合金材料 腐蚀模拟 密度泛函理论 第一性原理
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高温液钠与不锈钢界面润湿机制研究
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作者 田浪浪 马誉高 +4 位作者 张卢腾 朱怡儒 唐思邈 马在勇 潘良明 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1902-1911,共10页
钠冷快堆的主要特点是将液态钠作为堆芯冷却剂,因此液态钠与不锈钢固液界面的润湿现象在该堆芯系统中普遍存在。高温液钠在不锈钢界面的润湿性能与结构材料的腐蚀程度、材料自洁以及测量仪器精度等直接相关。本文通过可视化实验和分子... 钠冷快堆的主要特点是将液态钠作为堆芯冷却剂,因此液态钠与不锈钢固液界面的润湿现象在该堆芯系统中普遍存在。高温液钠在不锈钢界面的润湿性能与结构材料的腐蚀程度、材料自洁以及测量仪器精度等直接相关。本文通过可视化实验和分子动力学数值模拟的方法,针对高温液钠与不锈钢界面的润湿特性开展研究,结果发现:液钠与不锈钢的润湿转捩(接触角90°)温度在320~335℃附近;不锈钢表面的Cr_(2)O_(3)层会抑制液钠前驱膜的形成,使得液钠等效润湿半径减小,导致液钠与不锈钢界面润湿性变差;随着温度逐渐升高,液钠与Cr_(2)O_(3)层逐渐反应生成NaCrO2,使得液钠与不锈钢界面润湿性转好。 展开更多
关键词 钠冷快堆 液钠 不锈钢 润湿性 接触角
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高温高压水管道热疲劳试验设计与数值模拟 被引量:1
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作者 韩永明 李振华 +1 位作者 赵迎港 陆永浩 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2024年第6期34-40,共7页
核电厂压力容器启停堆和正常运行时,温度压力会在一定范围内发生波动,随着波动次数的增加,会对设备和管道造成严重疲劳损伤。依托北京某高校高温高压腐蚀实验站亚临界水汽环境结构材料试验装置双回路,设计了一种承压管道高通量热疲劳试... 核电厂压力容器启停堆和正常运行时,温度压力会在一定范围内发生波动,随着波动次数的增加,会对设备和管道造成严重疲劳损伤。依托北京某高校高温高压腐蚀实验站亚临界水汽环境结构材料试验装置双回路,设计了一种承压管道高通量热疲劳试验方法。基于该试验方法,完成了瞬态水温变化对管道疲劳裂纹扩展的影响研究。结果表明,疲劳裂纹扩展速率随冷却速率降低而逐渐降低。结合有限元数值模拟和三维裂纹扩展分析软件建立了阶梯管道结构的热疲劳裂纹扩展速率模型,并用试验结果对模型进行了修正。 展开更多
关键词 核电厂 热疲劳 疲劳裂纹扩展 有限元方法 寿命预测模型
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压水堆核电站完整和破损燃料棒硬度和杨氏模量研究 被引量:2
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作者 杨钦轲 王华才 +4 位作者 程焕林 汤琪 宋武林 王玮 郭一帆 《原子能科学技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期157-165,共9页
利用热室内金相显微镜、纳米压痕仪和拉曼光谱仪分别对燃耗为41 GW·d/tU破损棒和45 GW·d/tU完整棒的化学相互作用(FCCI)层、包壳及燃料芯块进行了表征分析。结果表明:完整棒燃料芯块外围硬度较小,其主要原因是芯块外缘出现了... 利用热室内金相显微镜、纳米压痕仪和拉曼光谱仪分别对燃耗为41 GW·d/tU破损棒和45 GW·d/tU完整棒的化学相互作用(FCCI)层、包壳及燃料芯块进行了表征分析。结果表明:完整棒燃料芯块外围硬度较小,其主要原因是芯块外缘出现了多孔隙的高燃耗结构(HBS);破损棒燃料芯块硬度则沿径向朝内整体呈下降趋势,这主要与燃料芯块孔隙率的变化和重构有关。燃料棒破损后,冷却水进入包壳芯块间隙与芯块发生反应,芯块外缘孔隙率显著降低,从而导致芯块外缘区域硬度较高;同时,气孔的迁移引起晶粒重构形成大尺寸柱状晶,造成破损棒燃料芯块中间和中心区域硬度下降且低于完整棒燃料芯块。燃料棒的破损不会改变芯块的相组成,因此完整棒与破损棒芯块的杨氏模量区别不大。完整棒FCCI层硬度沿包壳向芯块逐渐增加,杨氏模量则先减小后增加;破损棒FCCI层硬度先增加后减小,杨氏模量变化与硬度变化基本相似,该现象的出现可能源于FCCI层相结构的转变、辐照硬化和裂变产物掺杂的共同作用。燃料棒破损后包壳的氢化及氧化使得破损棒包壳硬度与杨氏模量均显著高于完整棒。 展开更多
关键词 化学作用层 完整棒 破损棒 硬度 杨氏模量
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Al含量对含铝奥氏体不锈钢在高温超临界二氧化碳中均匀腐蚀性能的影响研究 被引量:1
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作者 刘珠 龙家琛 +2 位作者 高阳 郭相龙 张乐福 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期401-410,共10页
为进一步提升奥氏体不锈钢作为超临界二氧化碳核反应堆候选包壳材料的耐腐蚀性能,对比研究了3种不同Al含量的含铝奥氏体不锈钢及不含Al基材在650℃/20 MPa的超临界二氧化碳环境中的均匀腐蚀行为。结果表明,材料的腐蚀增重随Al含量增加... 为进一步提升奥氏体不锈钢作为超临界二氧化碳核反应堆候选包壳材料的耐腐蚀性能,对比研究了3种不同Al含量的含铝奥氏体不锈钢及不含Al基材在650℃/20 MPa的超临界二氧化碳环境中的均匀腐蚀行为。结果表明,材料的腐蚀增重随Al含量增加而降低,不同Al含量材料的腐蚀增重均近似服从抛物线生长规律。Al含量低于1.5wt%时,材料表面生成双层富Fe氧化膜,保护性差,渗碳层厚度可达约12μm;Al含量高于2.5wt%时,材料表面生成保护性氧化膜,外层富Cr、内层富Al,氧化膜及基体中仍存在渗碳行为,渗碳层厚度减小至约6μm。造成差异的原因是较高Al含量能有效促进保护性富Al氧化膜的形成,抑制Fe的向外扩散和C的向内扩散,进而提升材料的耐氧化和渗碳属性。 展开更多
关键词 含铝奥氏体不锈钢 超临界二氧化碳 均匀腐蚀 AL含量
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核结构材料用多主元合金辐照损伤的研究进展 被引量:1
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作者 田震 李聪聪 +1 位作者 吴渊 吕昭平 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-15,共15页
开发具有优异综合性能的核反应堆结构材料是核能发展的基础,并且是长期以来制约核能推广的难点之一。多主元合金(multiprincipal element alloys,MEAs)因具有良好的抗辐照性能、力学性能而被认为是先进反应堆结构材料的候选材料,为新型... 开发具有优异综合性能的核反应堆结构材料是核能发展的基础,并且是长期以来制约核能推广的难点之一。多主元合金(multiprincipal element alloys,MEAs)因具有良好的抗辐照性能、力学性能而被认为是先进反应堆结构材料的候选材料,为新型抗辐照材料的设计开辟了广阔空间。近年来,有关多主元合金在辐照损伤方面的研究多试图揭示多主元合金一些因素和特性对辐照过程中缺陷形成与演变的影响。例如:主元种类和数目、主元浓度、晶格畸变、化学短程序等。尽管现有的一些研究结果表明以上因素可以提高多主元合金抗辐照损伤能力,但是在不同辐照条件下,以上因素对多主元合金中缺陷形成和演变的影响机制存在较大差异,难以得出普适性的结论。本文围绕FCC和BCC系两类多主元合金的辐照肿胀、氦泡形成、辐照诱导元素偏析和相变、辐照硬化四方面内容,综述了近年来多主元合金在辐照损伤方面的研究进展,总结了多主元合金提高抗辐照性能的作用机制,并在此基础上对核电结构用多主元合金的未来研究方向做出了展望,包括短程序调控、高熵陶瓷、增材制造、高通量结合机器学习加速材料开发等。最后指出必须从合金成分设计的角度出发,基于材料服役的实际环境来设计新型抗辐照多主元合金。 展开更多
关键词 多主元合金 高熵合金 核结构材料 辐照损伤 成分设计 抗辐照机制
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Properties of radiation defects and threshold energy of displacement in zirconium hydride obtained by new deep-learning potential
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作者 王玺 唐孟 +3 位作者 蒋明璇 陈阳春 刘智骁 邓辉球 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期456-465,共10页
Zirconium hydride(ZrH_(2)) is an ideal neutron moderator material. However, radiation effect significantly changes its properties, which affect its behavior and the lifespan of the reactor. The threshold energy of dis... Zirconium hydride(ZrH_(2)) is an ideal neutron moderator material. However, radiation effect significantly changes its properties, which affect its behavior and the lifespan of the reactor. The threshold energy of displacement is an important quantity of the number of radiation defects produced, which helps us to predict the evolution of radiation defects in ZrH_(2).Molecular dynamics(MD) and ab initio molecular dynamics(AIMD) are two main methods of calculating the threshold energy of displacement. The MD simulations with empirical potentials often cannot accurately depict the transitional states that lattice atoms must surpass to reach an interstitial state. Additionally, the AIMD method is unable to perform largescale calculation, which poses a computational challenge beyond the simulation range of density functional theory. Machine learning potentials are renowned for their high accuracy and efficiency, making them an increasingly preferred choice for molecular dynamics simulations. In this work, we develop an accurate potential energy model for the ZrH_(2) system by using the deep-potential(DP) method. The DP model has a high degree of agreement with first-principles calculations for the typical defect energy and mechanical properties of the ZrH_(2) system, including the basic bulk properties, formation energy of point defects, as well as diffusion behavior of hydrogen and zirconium. By integrating the DP model with Ziegler–Biersack–Littmark(ZBL) potential, we can predict the threshold energy of displacement of zirconium and hydrogen in ε-ZrH_(2). 展开更多
关键词 zirconium hydride deep learning potential radiation defects molecular dynamics threshold energy of displacement
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Adhesion property of AlCrNbSiTi high-entropy alloy coating on zirconium:experimental and theoretical studies
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作者 Bao‑Liang Zhang Wen‑Guan Liu +5 位作者 Meng‑He Tu Can Fang Yan Liu Yu‑Hui Wang Yong Hu Hui Wang 《Nuclear Science and Techniques》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第8期79-91,共13页
Experimental scratch tests and first-principles calculations were used to investigate the adhesion property of AlCrNbSiTi high-entropy alloy(HEA)coatings on zirconium substrates.AlCrNbSiTi HEA and Cr coatings were dep... Experimental scratch tests and first-principles calculations were used to investigate the adhesion property of AlCrNbSiTi high-entropy alloy(HEA)coatings on zirconium substrates.AlCrNbSiTi HEA and Cr coatings were deposited on Zr alloy substrates using multi-arc ion plating technology,and scratch tests were subsequently conducted to estimate the adhesion property of the coatings.The results indicated that Cr coatings had better adhesion strength than HEA coatings,and the HEA coatings showed brittleness.The special quasi-random structure approach was used to build HEA models,and Cr/Zr and HEA/Zr interface models were employed to investigate the cohesion between the coatings and Zr substrate using first-principles calculations.The calculated interface energies showed that the cohesion between the Cr coating and the Zr substrate was stronger than that of the HEA coating with Zr.In contrary to Al or Si in the HEA coating,Cr,Nb,and Ti atoms binded strongly with Zr substrate.Based on the calculated elastic constants,it was found that low Cr and high Al content decreased the mechanical performances of HEA coatings.Finally,this study demonstrated the utilization of a combined approach involving first-principles calculations and experimental studies for future HEA coating development. 展开更多
关键词 High-entropy alloy coating Cr coating Adhesion property Scratch test First-principles calculation
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Effects of interstitial cluster mobility on dislocation loops evolution under irradiation of austenitic steel
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作者 Xin‑Hua Yan Lu Sun +5 位作者 Du Zhou Teng Xie Chang Peng Ye‑Xin Yang Li Chen Zhen‑Feng Tong 《Nuclear Science and Techniques》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第8期69-78,共10页
The evolution of dislocation loops in austenitic steels irradiated with Fe^(+)is investigated using cluster dynamics(CD)simulations by developing a CD model.The CD predictions are compared with experimental results in... The evolution of dislocation loops in austenitic steels irradiated with Fe^(+)is investigated using cluster dynamics(CD)simulations by developing a CD model.The CD predictions are compared with experimental results in the literature.The number density and average diameter of the dislocation loops obtained from the CD simulations are in good agreement with the experimental data obtained from transmission electron microscopy(TEM)observations of Fe~+-irradiated Solution Annealed 304,Cold Worked 316,and HR3 austenitic steels in the literature.The CD simulation results demonstrate that the diffusion of in-cascade interstitial clusters plays a major role in the dislocation loop density and dislocation loop growth;in particular,for the HR3 austenitic steel,the CD model has verified the effect of temperature on the density and size of the dislocation loops. 展开更多
关键词 Cluster dynamics Dislocation loops In-cascade interstitial clusters Austenitic steels
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Effect of grain size on gas bubble evolution in nuclear fuel:Phase-field investigations
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作者 孙丹 杨青峰 +7 位作者 赵家珺 高士鑫 辛勇 周毅 尹春雨 陈平 赵纪军 王园园 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期563-572,共10页
Numerous irradiation-induced gas bubbles are created in the nuclear fuel during irradiation, leading to the change of microstructure and the degradation of mechanical and thermal properties. The grain size of fuel is ... Numerous irradiation-induced gas bubbles are created in the nuclear fuel during irradiation, leading to the change of microstructure and the degradation of mechanical and thermal properties. The grain size of fuel is one of the important factors affecting bubble evolution. In current study, we first predict the thermodynamic behaviors of point defects as well as the interplay between vacancy and gas atom in both UO_(2) and U_(3)Si_(2) according to ab initio approach. Then, we establish the irradiation-induced bubble phase-field model to investigate the formation and evolution of intra-and inter-granular gas bubbles. The effects of fission rate and temperature on the evolutions of bubble morphologies in UO_(2) and U_(3)Si_(2) have been revealed. Especially, a comparison of porosities under different grain sizes is examined and analyzed. To understand the thermal conductivity as functions of grain size and porosity, the heat transfer capability of U_(3)Si_(2) is evaluated. 展开更多
关键词 grain size point defects fission gas bubble
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TRISO颗粒SiC层辐照行为与力学性能的分子动力学模拟
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作者 严泽凡 刘泽兵 +5 位作者 田宇 刘荣正 刘兵 邵友林 唐亚平 刘马林 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期856-867,共12页
碳化硅(SiC)材料对TRISO颗粒的安全性能有重要影响,因此有必要对SiC层的辐照行为和力学性能进行研究。本文采用分子动力学模拟对等轴状多晶和长轴状多晶两类SiC层进行辐照行为模拟,计算发现,SiC层的辐照肿胀程度和力学性能的理论值与实... 碳化硅(SiC)材料对TRISO颗粒的安全性能有重要影响,因此有必要对SiC层的辐照行为和力学性能进行研究。本文采用分子动力学模拟对等轴状多晶和长轴状多晶两类SiC层进行辐照行为模拟,计算发现,SiC层的辐照肿胀程度和力学性能的理论值与实验值吻合较好。通过肿胀程度、密度、原子结构类型、点缺陷演化等参量详细考察了SiC层的辐照行为。结果表明,辐照过程中的非晶化存在晶体结构转化为中间态结构,再转化为非晶结构的过程。在辐照早期,点缺陷以C空位、Si间隙原子和C反位原子为主,但在辐照剂量趋于饱和后差异逐渐消失。非晶化和点缺陷演化倾向于从晶界附近开始发展。辐照会导致SiC层力学性能的降低,但在辐照剂量趋于饱和后不再有显著影响。微观分析表明,SiC层力学性能的降低与其在外力作用下的承受能力和塑性变形程度减小、应力应变分布紊乱密切相关。研究结果有助于理解TRISO颗粒SiC层的辐照行为演化和力学性能变化的关系。 展开更多
关键词 碳化硅 辐照行为 力学性能 分子动力学
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