含空洞双晶α-Fe中He团簇的分子动力学研究

本文利用分子动力学方法和Gao等最近发现的Fe-He势函数研究了α-Fe倾侧晶界在300 K下弛豫与单轴拉伸下He团簇的演变过程及材料内部空洞缺陷对He团簇的影响,并分析对比了拉伸过程中晶界的应力 应变曲线。结果显示：对比两种空洞位置,在弛豫过程中He原子更易在晶界面上的空洞中聚集发生He团簇;在拉伸加载阶段,晶界面空洞与晶界面相交处和基体内部空洞与晶界相切位置易产生微裂纹,成为断裂初始点。对比应力-应变曲线可知,其基体内部含有空洞时的双晶模型断裂应力及断裂应变最小。     

金属钨级联碰撞中势函数的影响

原子间相互作用势函数的精确性会影响分子动力学级联碰撞模拟结果的精确性。本文选取5种典型的金属钨势函数进行比较测试,通过分子动力学方法,用能量为10 keV和50 keV的初级碰撞原子进行级联碰撞模拟,讨论和分析了辐照过程中缺陷的产生、缺陷团簇和位错环的分布。结果表明：对于最终稳定状态下的弗兰克尔对的数目,不同势函数的模拟结果没有明显差别,而对于缺陷的空间分布、缺陷团簇分数及位错环的分布,不同势函数的模拟结果各有特点。本文结果为用于辐照级联模拟势函数的选择提供了参考,也为钨基势函数的进一步优化提供了指导。     

3C-SiC辐照诱发缺陷演化及温度效应分子动力学模拟

运用分子动力学方法,采用LAMMPS程序模拟了3C-SiC中的级联碰撞过程。研究了不同初始运动方向、不同能量下的PKA级联碰撞产生点缺陷的演化,结果表明,级联碰撞产生的空位数与PKA初始运动方向无关而与PKA能量之间呈线性关系。通过对级联碰撞过程中热峰、损伤区域瞬态温度分布分析可看出,级联碰撞过程中会产生高温区域,且此区域大小随时间的变化与PKA能量无关。     

α-Fe中〈110〉倾斜晶界的分子动力学研究

采用分子动力学结合不同原子间相互作用势函数研究了α-Fe中具有不同位相差（26°～140°）的〈110〉倾斜晶界的强度、γ面及滑移系,并通过模拟准静态拉伸试验研究了各晶界解理断裂过程。研究结果表明,随着位相差的增加,晶界能量在110°附近出现极小值,Σ3{112}晶界是α-Fe〈110〉倾斜晶界中最稳定的晶界之一;Σ3{111}晶界解理断裂能量计算结果与实验和第一性原理计算结果符合得很好;Σ3{112}晶界解理断裂过程中伴随着孪生与滑移,从而导致其解理断裂能量高于晶界形成能。     

α-Fe〈110〉倾斜晶界上He扩散机理的分子动力学研究

采用分子动力学结合Juslin等最近建立的Fe-He原子间相互作用势函数研究了300～1 200K范围内α-Fe中具有不同位相差(26°～140°)的〈110〉倾斜晶界的热稳定性、He在各晶界上的结合能及其晶界扩散模式,计算了间隙He在晶界上的扩散系数。研究结果表明:1 200K以下各晶界均具有良好的热稳定性;He与晶界具有很强的结合能;间隙He在不同类型晶界上具有不同的扩散机制,间隙He在晶界上的扩散模式取决于晶界的原子结构及晶界上自由空间的大小。     

用量子分子动力学模型研究中能重离子碰撞中的核物质约化粘滞系数

剪切粘滞系数(η)和熵密度(s)的比值,简称约化粘滞系数(η/s),是刻画物质的一个基本输运系数,对研究核物质的液气相变及状态方程具有重要的作用。我们在同位旋依赖的量子分子动力学模型(Isospin dependent quantum molecular dynamics,IQMD)的基础上,用有限温度Thomas-Fermi理论提取中能重离子碰撞过程中的热力学性质。在此基础上分别用Green-Kubo方法及Danielewicz参数化公式来提取粘滞系数,进而得到约化粘滞系数。研究发现,随着温度或碰撞能量的增加约化粘滞系数会出现一个极小值,这与中能重离子碰撞过程中的液气相变相一致。     

α放射性金属药物的研究现状与展望

靶向α治疗(TAT)是一种很有前景的肿瘤治疗方法。在TAT中,把含有α发射体核素的放射性药物的辐射选择性地传送到癌症细胞,而尽可能将全身的毒副作用最小化。与β粒子相比,α粒子具有更高的能量、更高的线性能量传递(LET)和更短的组织穿透距离。因此,TAT在靶向治疗中具有明显的优势。本文概述了用于TAT的一些锕系元素和它们的放射性金属衰变子体。这些放射性金属核素包括²²⁵Ac、^212/213Bi、²¹²Pb、²²⁷Th以及²²³Ra。首先比较了α粒子和β粒子的物理和辐射生物学性质。然后,描述了这些放射性金属核素的化学性质和来源。接着,展示了TAT中常用的一些双功能螯合剂。其后,介绍了TAT放射性药物的研究现状。最后,给出了TAT放射性药物研发中的挑战性问题和前景展望。     

基于微滤法处理水样中226Ra的α能谱分析技术

Ra属于碱土族金属,易在人体骨骼中富集,对人体进行持续的内照射,准确测量样品中的²²⁶Ra有非常重要的意义。本研究以²²⁴Ra作为示踪剂,通过Pb(Ra)SO₄载带预富集、Ba(Ra)SO₄共沉淀并采用真空微滤的方法制得²²⁶Ra的α微滤源,在α能谱仪上测量加标水样中²²⁶Ra的活度。使用该方法测量²²⁶Ra加标溶液,测量结果相对偏差为0.4%～13.1%。此分析技术可为辐射监管部门快速监测核素²²⁶Ra提供一种新的技术方法。     

荷能团簇碰撞沉积装置中飞行时间质谱仪的物理设计

介绍了荷能团簇飞行时间质谱仪的原理及其在荷能团簇碰撞沉积装置中的物理设计。对实验中出现的若干问题进行了探讨,并提出了解决的措施。     

α径迹法用于分辨高浓铀和Pu微粒的方法研究

擦拭样品微粒分析技术是核保障环境样品分析的一种主要手段,从大量灰尘颗粒中识别并定位含高浓铀（HEU）或含Pu微粒是微粒分析首先需要解决的问题。本文以HEU和Pu微粒为研究对象,建立了用于微粒α径迹测量的样品制备方法,采用CR-39固体径迹探测器为α径迹探测器,测量了不同蚀刻时间2种微粒产生的α径迹星的径迹参数。结果表明：可通过测量径迹短轴与曲率直径并作图来分辨HEU和Pu微粒,该方法对于蚀刻时间大于10 h的微粒径迹星,均能明显分辨,对于径迹非常密集的径迹星,也能准确分辨。     

金红石辐照损伤的分子动力学模拟

为了研究辐照条件下金红石的耐辐照损伤能力,采用GULP软件包拟合出了与实验值吻合的势函数,并采用LAMMPS软件包计算出了金红石的离位阈能和高能粒子反冲条件下的位移级联。通过统计球坐标系下266个出射方向的离位能,利用缺陷形成概率的定义得出Ti和O原子的离位阈能分别为(78.3±1.0) eV和(42.6±2.0) eV。采用VORONOI缺陷统计方法,计算了300 K、10 keV出射能量条件下缺陷数量随辐照时间演化信息,结果表明：Ti原子作为初始出射原子产生的缺陷数量整体高于O原子产生缺陷的数量,在最大无序阶段产生的空位、填隙和不同类型反位缺陷通过空位-填隙复合作用和kick-out机制逐渐减少,有效地降低了晶体的无序度,提高了基材耐辐照损伤性能。     

钛中氦泡融合的分子动力学模拟

本文采用分子动力学方法模拟了金属钛中氦泡的融合,分析了氦泡融合对金属微结构的影响,对比了氦泡在金属块体内部与接近金属表面处融合的异同。研究表明:在金属块体内部,两氦泡的融合会在其周围诱发很多缺陷且范围逐渐扩大;直径均为1.77nm的两氦泡的融合会在二者周围形成位错环,位错环内金属原子的排列与基底的一致;两氦泡发生融合后由哑铃状向椭球形演化。在接近金属表面处,由氦泡融合诱发的缺陷易于向金属表面移动,氦泡周围的金属易于向晶体结构恢复;两氦泡发生融合后由哑铃状向半球形演化。     

GaN中质子辐照损伤的分子动力学模拟研究

本文利用分子动力学方法研究了GaN在质子辐照下的损伤。对不同能量（1~10 keV）初级离位原子（PKA）引起的级联碰撞进行了研究,分析了点缺陷与PKA能量的关系、点缺陷随时间的演化规律、点缺陷的空间分布及点缺陷团簇的尺寸特征。研究结果表明,点缺陷的产生与PKA能量呈线性关系,不同类型的点缺陷随时间演化规律相似,点缺陷多产生在PKA径迹旁,点缺陷团簇多为孤立的点缺陷和小团簇。     

Pu-Ga合金中氦泡聚集行为的分子动力学模拟

在钚(Pu)材料中加入少量其他金属元素,如铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铈(Ce)等,能实现Pu合金材料在室温条件下稳定。本文采用分子动力学(MD)方法及修正的嵌入原子势(MEAM),在300K下对Pu-Ga合金中的氦泡聚集行为进行了模拟,合金中Ga的含量(原子分数)分别为0%、2%和5%。通过计算和分析,得到不同Ga含量下,随氦原子数目增长Pu-Ga合金中氦泡半径和压强的变化趋势,以及由氦泡引起的体积膨胀,研究结果对于理解钚自辐照过程中的氦效应的内在机制具有一定的参考价值。     

钨中自间隙原子团簇扩散行为的分子动力学模拟

钨被视为未来聚变堆中最有可能全面使用的面对等离子体材料。而在未来聚变堆真实环境下,氘氚聚变反应产生的14 MeV高能中子辐照将在材料中产生严重的原子离位损伤和各种缺陷积累。其中自间隙原子（SIA）及其团簇是中子辐照损伤中最常见的缺陷种类。本文采用分子动力学模拟系统研究钨中1/2〈111〉和〈100〉 SIA团簇的稳定结构和形成能,发现SIA团簇最稳定结构是1/2〈111〉 SIA团簇结构,SIA团簇聚集后会稳定存在。并研究了不同尺寸1/2〈111〉 SIA团簇的动力学扩散行为,发现单个SIA在温度高于700 K时易扩散和转向,而两个以上的SIA团簇在300~900 K时主要表现为一维方向的运动。为准确描述各种尺寸SIA团簇的动力学行为,给出了一套计算SIA团簇跃迁频率的经验参数。相关结果将为更大尺度的动力学蒙特卡罗和团簇动力学模拟提供准确和完备的输入参数,为正确掌握和评价钨中子辐照行为提供依据。     

基于分子力场的镧系和锕系元素 分子动力学研究进展

简要概述了镧系和锕系元素关键种态的力场发展及其应用。早期主要采用非极化力场研究镧系和锕系离子的溶剂化结构,取得了与实验吻合较好的结果。近年来发展起来的极化力场因考虑了对极化效应的处理而可获得更精确的结果,并在镧系和锕系溶液动力学研究中得到了初步的应用。本文从水溶液动力学、f区元素萃取相关的配位动力学、环境与健康相关的动力学等三个方面简要总结了近年来部分在分子力场水平上研究镧系和锕系溶液动力学和生物无机化学的工作。     

冲击波加载下单晶铜动态破坏微观过程的分子动力学研究

采用嵌入原子势模型和分子动力学方法,模拟研究了冲击波加载下单晶铜动态破坏的微观过程和空洞成核及生长过程。根据原子中心对称参数变化给出了单晶铜动态破坏的微观过程,通过不同碰撞速度的模拟,讨论了冲击波加载下破碎区内物质形态分布的变化,给出了材料破坏深度的变化规律。研究发现纳米空洞在完整单晶铜中随机成核,空洞成核后,空洞表面的应力集中和原子活化易形成位错源,各种不同类型的位错的生长使空洞逐渐长大,空洞长大到一定尺寸后,邻近空洞相互作用贯通形成更大尺寸的空洞,这种空洞贯通效应造成了材料内部的宏观层裂及失效。     

钨中氦泡融合条件的分子动力学模拟研究

在托卡马克聚变装置中,钨偏滤器会受到低能高束流的氦等离子体冲刷,导致材料表面形成绒毛状纳米结构或针孔状表面损伤,使钨材料使用性能发生退化,影响等离子体的稳态运行。目前普遍认为,氦致表面损伤的形成与钨表面下氦泡的生长密切相关。钨受到氦等离子体辐照后会在材料的近表层形成高密度的小氦泡,它们可通过融合的方式长大,氦泡的融合是近表层大氦泡形成的关键环节。为了解氦泡的相对位置、温度、氦空位比(He/V)、氦泡初始间距对氦泡融合的影响,本文采用分子动力学方法模拟氦泡在金属钨中的融合过程。结果表明：氦泡的相对位置、温度、He/V、氦泡初始间距都会影响氦泡的融合,但影响的机理并不相同。其中,氦泡的相对位置是影响氦泡融合的关键因素,当氦泡沿〈100〉方向排列时,氦泡易发生融合,而沿 〈111〉方向排列则不易发生融合,其原因是氦泡附近存在各向异性的应力场。温度升高有利于氦泡体积得到更快、更充分的弛豫,进而促进氦泡发生融合。高He/V的氦泡具有较高的压力,更易发生融合。当温度为1 500 K时,2个He/V为3、半径为1 nm的氦泡之间的相互作用距离可达1.28 nm甚至更远,但它们发生融合的最大初始距离为0.96 nm。本研究可促进对钨中氦泡融合机理的理解,为钨中大氦泡的形成提供可能的解释。此外,本研究结果可为大尺度模拟（如动力学蒙特卡罗、团簇动力学）提供相关输入参数用于研究高密度氦泡的长时间演化。     

哑铃型氧间隙缺陷在UO2材料内扩散的分子动力学研究

以UO2材料为对象,采用分子动力学方法模拟计算了哑铃型氧间隙缺陷的扩散行为,研究了几种温度条件下拉伸应变方向和拉伸应变对哑铃型氧间隙缺陷扩散行为的影响。研究发现,哑铃型氧间隙缺陷在UO2材料内存在扩散现象且为三维扩散,扩散能力与材料温度和拉伸应变有关。利用模拟结果计算了哑铃型氧间隙缺陷的扩散系数,结果表明：哑铃型氧间隙缺陷在扩散过程中始终沿〈111〉方向排布;材料体系温度越高扩散现象越明显;拉伸应变越大扩散现象越明显;沿〈111〉方向拉伸应变对哑铃型氧间隙缺陷扩散现象影响最大;无论有无拉伸应变,〈100〉方向始终是哑铃型氧间隙缺陷的主要扩散方向。本文的研究结果能为UO2材料的辐照损伤效应研究提供依据。