嬗变溶质修饰空位的第一性原理模型：短程有序效应及其在中子辐照钨中的应用
材料科学
2021-06-09 v1
摘要
理解核嬗变如何改变材料性能，是聚变电厂结构部件设计的主要挑战。本研究结合第一性原理矩阵哈密顿量方法与热力学积分，在宽泛的温度和成分范围内研究含缺陷多组分合金的准稳态构型。该模型能够模拟材料中的嬗变诱导偏析效应，包括钨中该现象极为显著的情况。有限温度分析表明，空位被Re和Os修饰，但未被钽（Ta）修饰。元素间的差异与杂质和空位物种间短程有序（SRO）参数的符号相关，与固溶限下辐照W-Re、W-Os、W-Ta合金的原子探针 tomography（APT）观测一致。对富空位钨中Re和Os杂质的统计分析表明，涉及这两种溶质的SRO效应对物种的背景浓度高度敏感。在含1.5% Re和0.1% Os的四元W-Re-Os-Vac合金中，SRO Re-Os参数在1200K为负，驱动形成浓聚的Re和Os析出物。与高通量反应堆（HFR）辐照钨样品的实验透射电子显微镜（TEM）和APT数据对比表明，该模型解释了在与聚变电厂运行条件相关的高温极限下，嬗变产物（Re,Os）异常偏析至空位团簇和空位的起源。
引用
@article{arxiv.2102.01614,
title = {First principles model for voids decorated by transmutation solutes: Short-range order effects and application to neutron irradiated tungsten},
author = {Duc Nguyen-Manh and Jan S. Wrobel and Michael Klimenkov and Matthew J. Lloyd and Luca Messina and Sergei L. Dudarev},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.01614},
year = {2021}
}
备注
29 pages, 13 figures, 3 tables