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一种分子动力学与动力学蒙特卡洛耦合方法在核结构钢辐照氦演化研究中的实现与应用

李六六 胡雪飞 彭蕾

李六六, 胡雪飞, 彭蕾. 一种分子动力学与动力学蒙特卡洛耦合方法在核结构钢辐照氦演化研究中的实现与应用[J]. 核动力工程, 2024, 45(S2): 268-273. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0268
引用本文: 李六六, 胡雪飞, 彭蕾. 一种分子动力学与动力学蒙特卡洛耦合方法在核结构钢辐照氦演化研究中的实现与应用[J]. 核动力工程, 2024, 45(S2): 268-273. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0268
Li Liuliu, Hu Xuefei, Peng Lei. Implementation and Application of a Coupling Method between Molecular Dynamics and Kinetic Monte Carlo for the Evolution of Helium Bubbles in Nuclear Structural Steel[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S2): 268-273. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0268
Citation: Li Liuliu, Hu Xuefei, Peng Lei. Implementation and Application of a Coupling Method between Molecular Dynamics and Kinetic Monte Carlo for the Evolution of Helium Bubbles in Nuclear Structural Steel[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S2): 268-273. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0268

一种分子动力学与动力学蒙特卡洛耦合方法在核结构钢辐照氦演化研究中的实现与应用

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0268
基金项目: 国家自然科学基金面上项目(11375173)
详细信息
    作者简介:

    李六六(1992—),男,博士研究生,工程师,现主要从事反应堆结构设计、材料研发等工作,E-mail: liliuliu6@qq.com

  • 中图分类号: TB31,TL34

Implementation and Application of a Coupling Method between Molecular Dynamics and Kinetic Monte Carlo for the Evolution of Helium Bubbles in Nuclear Structural Steel

  • 摘要: 加速器驱动次临界堆、超高温气冷堆等第4代先进能源反应堆结构材料的研发,亟需借助数值模拟方法来缩短研发周期和提升研发效率。目前各种已有的数值模拟方法只适用于特定的时间和空间尺度,而先进能源反应堆用核结构材料高温辐照效应涉及从辐照微观结构演化到宏观力学性能多个时空尺度的过程。开发各个尺度模拟方法之间的耦合方法和程序,构建多尺度模拟计算平台,对于先进能源反应堆结构材料的快速研发、服役性能预测具有重要意义。本文基于原子构型与缺陷构型的相互转换,提出并实现了一种将微观尺度模拟方法(分子动力学)与介观尺度模拟方法动力学(蒙特卡洛)进行时间上耦合的模拟方法。通过该方法,可将辐照级联过程用分子动力学模拟,而缺陷的进一步演化用动力学蒙特卡洛方法(KMC),从而模拟核结构材料辐照剂量累计下微观结构演化的过程。通过使用该耦合方法模拟了核结构钢基体材料α铁中氦泡在中子辐照下的演化过程,并与实验数据对比,证明了该方法的可靠性。

     

  • 图  1  将LAMMPS的原子构型转换为MMonCa中缺陷构型的示例

    Figure  1.  Example of the Conversion from Atomic Configuration of LAMMPS to Defect Configuration of MMonCa

    图  2  将MMonCa缺陷构型转换为LAMMPS原子构型示例

    Figure  2.  Example of the Conversion from Defect Configuration of MMonCa to Atomic Configuration of LAMMPS

    图  3  MD-KMC耦合方法的交替模拟过程示意图

    Figure  3.  Schematic Diagram of Alternate Simulation of MD-KMC

    图  4  MD-KMC、KMC两种方法计算结果与实验结果对比

    Figure  4.  Comparison between the Calculation Results of MD-KMC and KMC and the Experimental Results

    表  1  MMonCa中输出文件粒子类型的数字代号、符号含义及其对应的点缺陷

    Table  1.   Number Designation, Symbol and Corresponding Point Defect of Particle Types in MMonCa Output File

    数字代号930363993132139181220
    符号VIHeHeV<111>HeCluster:VHeCluster:HeICluster:IVCluster:V
    点缺陷VIHeHe+VIVHeIV
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-06-21
  • 修回日期:  2024-09-13
  • 刊出日期:  2025-01-06

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