聚变α粒子对材料辐照损伤瞬时行为的研究

研究聚变α粒子对第一壁材料辐照损伤随时间的发展与变化。用基于时间序列两体碰撞近似的计算机模拟程序（ＭＡＲＬＯＷＥ－１３）研究数十ｋｅＶα粒子对无定形铁材料的辐照损伤。计算了α粒子辐照引起的材料中空位和能量沉积分布及α粒子本身的沉积随时间的演化，还对用时间序列和速度序列两类级联碰撞模拟方法计算的结果作了比较。

α粒子辐照损伤的计算机模拟研究

用基于两体碰撞近似的计算机模拟程序MARLOWE研究能量为10keV-50keV的聚变α粒子在材料中产生的能量沉积、移位和替位碰撞以及损伤深度分布。并与蒙特卡洛模拟的结果进行了比较。与解析理论一致,辐照产生的空穴数与材料中的弹性能量沉积成正比,两者有相似的分布。文中还讨论了不同靶材料中辐照损伤的差别。

聚变堆中子对第一壁辐照损伤的计算机模拟研究

用蒙特卡罗方法建立了适用于静态复成分非晶态靶的中子输运和带电粒子辐照损伤连接模拟程序．在模拟带电粒子级联碰撞时，特别考虑了替位碰撞，修正后的ＤＰＡ（ＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔＰｅｒＡｔｏｍ）值比未考虑时减少了１０％～２０％；同时统计了ＤＰＡ中反常替位所占的比例。用此程序模拟研究了聚变堆中子对两种第一壁候选材料的辐照损伤，计算了中子辐照在材料中引起的ＰＫＡ（ＰｒｉｍａｒｙＫｎｏｃｋ—ｏｎＡｔｏｍ）、气体产生率、ＤＰＡ以及它们的深度分布。计算结果表明，中子引起的辐照损伤基本上为均匀的体损伤；计算的ＰＥ—１６材料的ＤＰＡ值比ＳＳ３１６的稍高，氢气体产生率近似为ＳＳ３１６的两倍；氦气体产生率为ＳＳ３１６的１．４５倍；所用聚变堆第一壁中子对ＰＥ—１６材料的辐照损伤比对ＳＳ３１６的严重。计算中使用的核数据来自ＭＣ（８７）ｎ数据库。

单元素靶粒子位移损伤计算方法及有效模式分析

通过SRIM程序的快速损伤计算与全级联计算两种常用模式,对单元素靶材料进行粒子辐照模拟计算,分别利用基于损伤能量间接计算移位数的NRT位移模型方法和直接通过输出文件读取的方法获得移位数,并对数据进行相应的处理及分析对比,结果表明:对于单元素靶来说,在SRIM快速损伤和全级联两种计算模式下,利用NRT位移模型数值计算得到的移位数基本一致,都可以用于进一步计算得到可靠的位移损伤剂量(dpa);而通过SRIM两种模式下的输出文件数据直接获得的移位数则有两倍左右的差异,要想得到相对可靠的dpa相关参数,需要根据不同辐照情况选取合适的计算模式。

光电半导体材料辐照诱发微观缺陷的演化特性研究

基于分子动力学计算方法,运用LAMMPS程序模拟了Si, GaAs, 3C-SiC三种半导体材料中辐照引起的级联碰撞过程,并分析了晶体内微观缺陷的演化特性。模拟结果表明,级联碰撞会在晶体内部形成类似离位峰的结构,大多数空位缺陷聚集在损伤区域内部,而损伤区域外围分布的主要是间隙缺陷。通过对三种材料进行缺陷簇分析,发现Si中缺陷簇数量明显多于GaAs,缺陷簇最大尺寸达到了17个原子。此外,三种材料中的Frenkel对的数量变化过程大致相同,均呈现“上升,下降,稳定”的趋势,但3C-SiC中的缺陷数量要远小于Si和GaAs,表明3C-SiC具有更好的辐射抗性,其晶体结构在受到辐照后仍能保持相对稳定。

低能中子在锆中产生的辐照损伤的计算机模拟研究

以GEANT4为基础采用蒙特卡罗方法对能量为1MeV的中子在锆材料中的输运过程进行了模拟分析.首先计算得出:反冲核的能量主要分布在1keV和15keV之间,中子和靶核发生两次弹性碰撞的平均空间距离为29.47mm.由于中子和靶核在发生连续两次弹性碰撞过程中产生的两个反冲核能量较低,它们的空间距离又比较大,由此可以推测出:由初级离位原子产生的后续级联碰撞可以看做是一系列独立的子级联碰撞过程,同时也计算了中子在靶材的不同深度区域内产生的反冲核数目和平均能量.其次,利用蒙卡方法计算得到的结果,采用分子动力学方法,分别计算了五种不同能量下的初级离位原子产生的级联碰撞情况,给出了初级离位原子的能量与其产生的次级离位原子数目之间的关系以及不同能量下的初级离位原子产生的损伤区域范围等情况,通过蒙特卡罗方法和分子动力学方法的结合,给出了能量为1MeV的中子在锆材料中产生的初级辐照损伤分布图像.

基于SRIM程序两种模式计算石墨在离子辐照下的损伤程度

石墨材料的辐照损伤一直是核石墨研发的主要问题,目前对其辐照损伤程度的准确计算仍缺乏系统的研究。SRIM程序可模拟离子束辐照靶材料,常用来计算辐照损伤程度的定量指标dpa(displacements per atom)。本研究利用SRIM进行离子注入石墨的模拟,选取常用的K-P模式与Full Cascade模式,通过改变入射离子的质量和能量,探究了两种模式下dpa计算结果的规律及差异,并与Fe靶的计算结果作了对比。结果表明,SRIM程序两种模式之间的差异与入射离子的质量有关,随着入射离子质量的增加,两种模式之间的差异降低,与Fe靶中计算的变化趋势相反;无论是C靶还是Fe靶,两种模式之间的差异与入射离子的能量无关。