Modelling mixed 1d/3d diffusion of radiation defects in elastic fields: case study on bcc metals Fe and V

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

A method for modeling the diffusion of radiation defects (RD) with a mixed 1D/3D diffusion mechanism (the defect migrates one-dimensionally, occasionally changing the direction of its one-dimensional migration) in inhomogeneous elastic fields is proposed based on the object kinetic Monte Carlo method. Within this method, the influence of the elastic field on the frequencies of direction changes in RD migration and on the frequencies of their jumps along one-dimensional directions is taken into account using dipole tensors of the corresponding saddle configurations of RD within the framework of anisotropic linear elasticity theory. Such dipole tensors are defined based on the analysis of molecular dynamics data on RD diffusion in homogeneous elastic fields using the developed kinetic model. Using the proposed method, the dependencies dislocations sink strengths for di-interstitials as a function of temperature (in the range of 293–1000 K) and dislocation density (in the range of 1014–1015 m-2) in BCC metals Fe and V have been calculated. Straight full screw and edge dislocations in slip systems ⟨111⟩{110}, ⟨111⟩{112}, ⟨100⟩{100}, ⟨100⟩{110} are considered. Analytical expressions approximating the calculated dependencies of sink strengths of dislocations on temperature and dislocation density are proposed.

全文:

受限制的访问

作者简介

D. Demidov

National Research Center “Kurchatov Institute”

编辑信件的主要联系方式.
Email: Demidov_DN@nrcki.ru
俄罗斯联邦, Moscow

A. Sivak

National Research Center “Kurchatov Institute”

Email: Demidov_DN@nrcki.ru
俄罗斯联邦, Moscow

参考

  1. Elastic strain fields and dislocation mobility / Eds V.L. Indenbom, J. Lothe. North-Holland. Amsterdam: Elsevier Science, 1992. 793 p.
  2. Hirth J.P., Lothe J. Theory of Dislocations. New York: Wiley, 1982. 857 p.
  3. Heinisch H.L., Singh B.N., Golubov S.I. A kinetic Monte Carlo study of mixed 1D/3D defect migration // J. Comput. Aided Mater. Des. 1999. V. 6. P. 277–282.
  4. Barashev A.V., Golubov S.I., Trinkaus H. Reaction kinetics of glissile interstitial clusters in a crystal containing voids and dislocations // Philos. Mag. A. 2001. V. 81. P. 2515–2532.
  5. Trinkaus H., Heinisch H.L., Barashev A.V., Golubov S.I., Singh B.N. 1D to 3D diffusion-reaction kinetics of defects in crystals // Phys. Rev. B. 2002. V. 66. P. 06010.
  6. Malerba L., Becquart C.S., Domain C. Object kinetic Monte Carlo study of sink strengths // J. Nucl. Mater. 2007. V. 360. P. 159–169.
  7. Stoller R.E., Zarkadoula E. 1.20. Primary Radiation Damage Formation in Solids. Comprehensive Nuclear Materials (Second Edition). Elsevier. 2020. P. 620–662.
  8. Bortz A.B., Kalos M.H., Lebowitz J.L. A new algorithm for Monte Carlo simulation of Ising spin systems // J. Comput. Phys. 1975. V. 17. № 1. P. 10–18.
  9. Kröner E. Allgemeine Kontinuumstheorie der Versetzungen und Eigenspannungen // Arch. Rational Mech. An. 1959/60. V. 4. P. 273–334.
  10. Puls M.P., Woo C.H. Diaelastic polarizabilities due to vacancies and interstitials in metal // J. Nucl. Mater. 1986. V. 139. № 1. P. 48–59.
  11. Osetsky Y.N., Bacon D.J., Serra A., Singh B.N., Golubov S.I. One-dimensional atomic transport by clusters of self-interstitial atoms in iron and copper // Philos. Mag. 2003. V. 83. № 1. P. 61–91.
  12. Романов В.А., Сивак А.Б., Чернов В.М. Кристаллографические, энергетические и кинетические свойства собственных точечных дефектов и их кластеров в ОЦК-железе. 6. Кластеры собственных межузельных атомов // ВАНТ. Сер. Материаловедение и новые материалы. 2006. T. 66. № 1. C. 223–232.
  13. Демидов Д.Н., Сивак А.Б., Сивак П.А. Диффузия димежузлий в ОЦК-металлах Fe и V, подверженных внешним нагрузкам разных типов // ФММ. 2021. T. 122. № 11. C. 1164–1170.
  14. Demidov D.N., Sivak A.B., Sivak P.A. New method for calculation of radiation defect dipole tensor and its application to di-interstitials in copper // Symmetry. 2021. V. 13. No. 7. P. 1154.
  15. Новик А., Берри Б. Релаксационные явления в кристаллах / А. Новик, Б. Берри; пер. с англ.: под ред. Э.М. Надгорного, Я.М. Сойфера. М.: Атомиздат, 1975. 472 с.
  16. Sivak A.B., Demidov D.N., Sivak P.A. Diffusion characteristics of radiation defects in iron: molecular dynamics data // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2021. T. 44. № 2. C. 148–157.
  17. Demidov D.N., Sivak A.B., Sivak P.A. Диффузионные характеристики кластеров собственных междоузельных атомов в ванадии: молекулярно-динамические данные // ФММ. 2023. T. 124. № 5. С. 400–408.
  18. Dederichs P.H., Schroeder K. Anisotropic diffusion in stress fields // Phys. Rev. B. 1978. V. 17. P. 2524‒2436.
  19. Sivak A.B., Sivak P.A., Romanov V.A., Chernov V.M. Dislocation sinks efficiencies for self-point defects in iron and vanadium crystals // Inorg. Mater.: Appl. Res. 2015. V. 6. No. 2. P. 105–113.
  20. Демидов Д.Н., Сивак А.Б., Сивак П.А. Кристаллографические, энергетические и диффузионные характеристики димежузлий в ОЦК-металлах Fe и V // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2019. Т. 42. № 3. С. 85–96.
  21. Романов В.А., Сивак А.Б., Чернов В.М. Кристаллографические, энергетические и кинетические свойства собственных точечных дефектов и их кластеров в ОЦК-железе. 1. Полуэмпирическая модель ОЦК-железа и потенциал межатомного взаимодействия // ВАНТ. Сер. Материаловедение и новые материалы. 2006. Т. 66. № 1. С. 129–150.
  22. Романов В.А., Сивак А.Б., Сивак П.А., Чернов В.М. Равновесные и диффузионные характеристики собственных точечных дефектов в ванадии // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2012. Т. 35. № 2. С. 60–80.
  23. Сивак А.Б., Демидов Д.Н., Сивак П.А. Эффективности дислокационных стоков для димежузлий в ОЦК (Fe, V) и ГЦК (Cu) металлах // ВАНТ. Сер. Материаловедение и новые материалы. 2021. Т. 109. № 3. С. 30–53.
  24. Wiedersich W. On the theory of void formation during irradiation // Radiat. Eff. 1972. V. 12. P. 111–125.
  25. Nichols F.A. On the estimation of sink-absorption terms in reaction-rate-theory analysis of radiation damage // J. Nucl. Mater. 1978. V. 75. P. 32–41.
  26. Trinkaus H., Heinisch H.L., Barashev A.V., Golubov S.I., Singh B.N. 1D to 3D diffusion-reaction kinetics of defects in crystals // Phys. Rev. B. 2002. V. 66. No. 6. 060105(R).

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Dependences νr(ε1) / νr 0 for diinterstitials in Fe and V. Symbols – MD data. Dashed lines – fitting of MD data by relation (11).

下载 (32KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Pij (ε2) dependences for diinterstitials in Fe and V: (a) ij = 12, 21, 43, 34, 13, 31, 24, 42; (b) ij = 14, 41, 23, 32. Symbols – MD data. Dashed lines – fitting of MD data by relations: (a) (12) and (13); (b) (14).

下载 (85KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Pij (ε4) dependences for diinterstitials in Fe and V: (a) ij =12, 13, 42, 43, 21, 24, 13, 14; (b) ij = 14, 41, 23, 32. Symbols – MD data. Dashed lines – fitting of MD data by relations: (a) (15) and (16); (b) (17) and (18).

下载 (88KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Example of diffusion trajectories of interstitials in the elastic field of dislocations in Fe and V at T = 400 K: (a) Fe, KD1 (b is parallel to the X axis); (b) V, VD2 (b is perpendicular to the XY plane). Trajectories are blue lines. The position of dislocations is marked with red symbols.

下载 (59KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Temperature dependence of the sink efficiencies of dislocations of different types for diinterstitials at ρd ≈ 1015 m‒2 (L = 200a): (a) Fe, (b) V. Symbols are OKMC data. Dashed lines are fitting curves (24) with parameters from Table 2. Thin lines of corresponding colors are dependencies for the 3D diffusion mechanism obtained in [23]. Different colors of lines correspond to different types of dislocations (indicated in the figure). Solid black line is the dependence without taking into account the interaction of diinterstitials with the dislocation elastic field.

下载 (125KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Dependence of the sink efficiencies of dislocations of different types for diinterstitials on the dislocation density at T = 600 K: (a) Fe, (b) V. Symbols are OKMC data. Dashed lines are fitting curves (25) with parameters from Table 3. Thin lines of corresponding colors are dependencies from [23] for the 3D mechanism of diinterstitials diffusion. Different line colors correspond to different types of dislocations (indicated in the figure). Solid black line is the dependence without taking into account the interaction of diinterstitials with the dislocation elastic field.

下载 (121KB)
索引源数据


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».