Моделирование эволюции пузырьков гелия при высоких

УДК 621.039.53(06) Гелий и водород в реакторных материалах
А.М. ОВЧАРЕНКО
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭВОЛЮЦИИ ПУЗЫРЬКОВ ГЕЛИЯ
ПРИ ВЫСОКИХ СКОРОСТЯХ ГЕНЕРАЦИИ АТОМОВ
ГЕЛИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОМ ОТЖИГЕ
Моделирование эволюции гелий-вакансионных скоплений необходимо для
выяснения роли гелия в микроструктурных изменениях материалов. Сложность
задач, связанных с исследованием накопления газовых пузырьков, предполагает
их численное решение с использованием приближенных методов. Разработан и
применен метод группирования, позволяющий моделировать эволюцию пузырьков гелия как в условиях облучения, так и при высокотемпературном отжиге.
Проведено детальное исследование механизмов влияния гелия на зарождение
газовых пузырьков.
Процессы зарождения, роста и коалесценции кластеров точечных дефектов являются исходными процессами, ответственными за изменения
механических и физических свойств металлов при облучении и термической выдержке. Количественная оценка этих изменений требует корректного описания эволюции микроструктуры кластеров точечных дефектов,
охватывающей все стадии, от зарождения до коалесценции.
Необходимость сопоставления количественных теоретических оценок
с данными экспериментальных наблюдений требует разработки, с одной
стороны, более реалистичной теории эволюции кластеров точечных дефектов, а с другой  развития методов приближенного численного описания кинетики кластеризации точечных дефектов. Численное решение задач кластеризации в условиях облучения и отжига является главным
направлением количественного анализа.
Реалистичное описание кинетики кластеризации требует рассмотрения
скоплений, содержащих большое число точечных дефектов и/или атомов,
приводя к необходимости численного решения системы такого же большого числа кинетических уравнений, что затруднительно. Выход состоит
в уменьшении их числа. Метод группирования, впервые предложенный
Киритани [1], обеспечил необходимое сокращение числа уравнений, но,
как было показано в работе [2], оказался неточен. В работах [2, 3] был
предложен альтернативный метод группирования, устраняющий принципиальные недостатки метода Киритани. Использование нового метода
показало его эффективность [2, 3]. Он был обобщен добавлением учета
156
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 1
УДК 621.039.53(06) Гелий и водород в реакторных материалах
влияния газовых примесей, а затем расширен введением учета механизма
коагуляции подвижных газовых пузырьков в групповом приближении.
Построение адекватной, предсказательной теории эволюции кластеров
точечных дефектов невозможно без детального изучения механизмов влияния газовых примесей, в данном случае гелия, на эволюцию микроструктуры материала. В частности, требуют подробного изучения механизмы
миграции гелия, такие как: вакансионный, замещения, диссоциации гелия, миграции в составе подвижных комплексов. Также требуются исследования влияния газонаполнения моновакансий на интенсивность зарождения пузырьков, влияния энергетики мельчайших газосодержащих комплексов на эволюцию всей популяции пузырьков гелия.
В результате выполнения данной работы получены следующие основные результаты.
Проведено моделирование накопления гелиевых пузырьков с помощью нового метода группирования.
Показано, что разное число атомов гелия, накопленное моновакансией,
меняет интенсивность зарождения газовых пузырьков.
Показано, что при температурах ниже 0,5Tпл механизмы миграции гелия по типу «замещения» и «вакансионный»  предпочтительны.
При температурах, близких к 0,5Tпл, термическое растворение атомов
гелия из пузырьков становится существенным.
Показана необходимость учета коагуляции подвижных газовых пузырьков в условиях высокотемпературного отжига.
Показано, что предположение, например из [4], о том, что пузырьки
газа сохраняют термическое равновесие в течении отжига, соответствует
действительности до достаточно высоких температур.
Выяснены границы применимости известной «модели диатомного зарождения» Тринкауса [5].
Список литературы
1. Kiritani M.  J. Phys. Soc. Japan, 1973, v. 35. Р. 95.
2. Golubov S.I., Ovcharenko A.M., Barashev A.V., Singh B.N.  Philos. Mag. 2001, v. A81.
Р. 643.
3. Ovcharenko A.M., Golubov S.I., Woo C.H., Hanchen Huang.  Comp. Phys. Comm., 2003,
v. 152. Р. 208–226.
4. Zell V., Trinkaus H., Schroeder H.  J. Nucl. Mater., 1994, v. 212215. Р. 320.
5. Trinkaus H.  Radiat. Eff., 1983, v. 78. Р. 189.
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 1
157