TRISO颗粒SiC层辐照行为与力学性能的分子动力学模拟

TL341; 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...

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Published in原子能科学技术 Vol. 58; no. 4; pp. 856 - 867
Main Authors 严泽凡, 刘泽兵, 田宇, 刘荣正, 刘兵, 邵友林, 唐亚平, 刘马林
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 清华大学核能与新能源技术研究院,北京 100084 01.04.2024
Subjects
力学性能
分子动力学
辐照行为
mechanical property
molecular dynamics
碳化硅
silicon carbide
irradiation behavior
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ISSN1000-6931
DOI10.7538/yzk.2023.youxian.0494

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Summary:TL341; 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.
ISSN:1000-6931
DOI:10.7538/yzk.2023.youxian.0494