《表1 不同PKA能量级联碰撞模拟盒子尺寸和原子数》

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《金属Nb级联碰撞的分子动力学模拟》

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本工作利用分子动力学程序LAMMPS（largescale atom/molecular massively parallel simulation）[13]计算了不同能量和初始运动方向的PKA在bcc结构Nb中产生级联碰撞过程以及缺陷形成、演化过程，并使用可视化软件OVITO（open visualization tool）[14]对该过程进行了直观地展现。模型构建时所用的晶格常数a=0.33205 nm，模拟所用模型的x、y、z方向分别对应晶体的[100]、[010]、[001]晶轴，3个方向均为周期性边界条件。根据测试计算，PKA能量越大，缺陷数量达到峰值时形成的缺陷区域越大，级联碰撞退火时间和系统达到稳定结构所需的模拟时间越长。在实施计算时，为了保证模拟的损伤区域保持在模拟体系内不穿越模拟边界，不同PKA能量构建了不同尺寸的模拟体系，对应的原子数和模拟时间具体如表1所示。根据能量守恒定律，一个具有一定动能的中子能产生相应能量的Nb PKA，离位原子动能的一部分以非弹性散射的形式耗散，不过MD不考虑电子自由度，不能模拟非弹性碰撞过程，由于辐照损伤主要是由弹性碰撞引起的，所以，这种近似对计算结果影响不大。在MD模拟计算辐照损伤中，通过两体碰撞能量传递公式和SRIM（the stopping and range of ions in matter）程序计算，模拟设置的PKA的能量5、10、20、30、40和50 keV，分别对应入射中子的能量为310、620、1240、1861、2482和3100 keV。