由碰撞级联驱动的纳米晶铁能量演化
材料科学
2025-10-29 v1
摘要
纳米晶材料因其高密度的晶界而成为未来核聚变应用的有力候选者，因为晶界可能作为辐射诱导缺陷的吸收器。我们使用分子动力学模拟纳米晶铁中的碰撞级联，并将其与最初无缺陷的单晶中的碰撞级联进行比较。我们通过 Voronoi tessellation 对初始随机分布的晶种种子以及通过严重塑性剪切来创建纳米晶样品。观察到一种诱导的退火现象，即在约 2 每原子位移 (dpa) 后，辐射驱动所有模拟细胞达到单晶状态。导致晶格畸变的辐射诱导缺陷产生弹性应变，因此我们使用多余势能作为缺陷含量的度量。在低剂量下，Voronoi 样品特征为几颗大型、低能量的晶粒，而剪切样品显示为许多小型、高能量的晶粒，这是由于严重变形造成的高缺陷和晶界含量所致。然而，随着剂量超过 1 dpa，所有纳米晶样品趋于相似的行为。多余势能遵循这一趋势，在约 4 dpa 以上达到平台。我们假设最初的原子细胞在 5 dpa 后也会达到类似的平台，这似乎通过将每个细胞类型运行至 10 dpa 的单个实例得到确认。我们发展了一个解释能量演化的模型。
引用
@article{arxiv.2510.24324,
title = {Energy evolution in nanocrystalline iron driven by collision cascades},
author = {Ivan Tolkachev and Daniel R. Mason and Max Boleininger and Pui-Wai Ma and Felix Hofmann},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.24324},
year = {2025}
}