Образование, диффузия и рост газонаполненных пузырьков в γ-уране при избытке междоузельных атомов: связь молекулярной динамики и кинетики

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Для описания эволюции ядерных топлив важным процессом является образование газонаполненных наноразмерных пузырьков в результате объединения отдельных продуктов деления урана. Теоретическое описание этого процесса связано со значительными трудностями, так как требует учета в рамках единой модели как динамики отдельных атомов в решетке, так и кинетики эволюции ансамбля пузырьков. В данной статье описана попытка построить такую модель, основанную на молекулярно-динамических (МД) расчетах для пузырьков ксенона в ОЦК-уране в случае избытка междоузельных атомов в кристаллической матрице. Анализ основан на МД-моделировании неравновесного процесса образования нанопузырьков ксенона из отдельных атомов Xe, растворенных в кристаллической матрице. Проанализировано соотношение размера пузырьков и числа атомов газа в них, а также зависимость коэффициента диффузии пузырьков от их радиуса и числа междоузельных атомов в матрице γ-U. Предложена кинетическая модель эволюции ансамбля пузырьков, позволяющая описать результаты МД-расчетов и экстраполировать их на большие времена.

Об авторах

Е. А Лобашев

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук; Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет

Email: obashev.ea@phystech.edu
125412, Moscow, Russia; 141701, Dolgoprudny, Moscow oblast, Russia

А. С Антропов

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук; Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет

Email: antropov@phystech.edu
125412, Moscow, Russia; 141701, Dolgoprudny, Moscow oblast, Russia

В. В Стегайлов

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук; Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет; Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”

Автор, ответственный за переписку.
Email: obashev.ea@phystech.edu
101000, Moscow, Russia; 141701, Dolgoprudny, Moscow oblast, Russia; 101000, Moscow, Russia

Список литературы

  1. M. Tonks, D. Andersson, R. Devanathan, R. Dubourg, A. El-Azab, M. Freyss, F. Iglesias, K. Kulacsy, G. Pastore, S. R. Phillpot et al., J. Nucl. Materials 504, 300 (2018).
  2. J. Rest, M. Cooper, J. Spino, J. Turnbull, P. Van U elen, and C. Walker, J. Nucl. Materials 513, 310 (2019).
  3. H. Trinkaus and B. Singh, J. Nucl. Materials 323, 229 (2003).
  4. G. Pastore, D. Pizzocri, C. Rabiti, T. Barani, P. Van U elen, and L. Luzzi, J. Nucl. Materials 509, 687 (2018).
  5. Z. Qian, W. Liu, R. Yu, Y. Tao, D. Yun, and L. Gu, J. Nucl. Materials 556, 53188 (2021).
  6. D. Olander and D. Wongsawaeng, J. Nucl. Materials 354, 94 (2006).
  7. M. Veshchunov, V. Ozrin, V. Shestak, V. Tarasov, R. Dubourg, and G. Nicaise, Nucl. Eng. and Design 236, 179 (2006).
  8. A. Volkov and A. Ryazanov, J. Nucl. Materials 273, 155 (1999).
  9. R. E. Voskoboinikov and A. E. Volkov, J. Nucl. Materials 282, 66 (2000).
  10. R. E. Voskoboinikov and A. E. Volkov, J. Nucl. Materials 297, 262 (2001).
  11. J. Rest, J. Nucl. Materials 402, 179 (2010).
  12. L. Noirot, J. Nucl. Materials 447, 166 (2014).
  13. M. Veshchunov and V. Shestak, J. Nucl. Materials 376, 174 (2008).
  14. L. Verma, L. Noirot, and P. Maugis, J. Nucl. Materials 528, 151874 (2020).
  15. J. Evans, J. Nucl. Materials 210, 21 (1994).
  16. А. С. Антропов, В. Д. Озрин, В. В. Стегайлов, В. И. Тарасов, ЖЭТФ 156, 125 (2019).
  17. A. Antropov and V. Stegailov, J. Nucl. Materials 533, 152110 (2020).
  18. A. Antropov and V. Stegailov, J. Nucl. Materials 551, 152942 (2021).
  19. E. Gruber, J. Appl. Phys. 38, 243 (1967).
  20. S. Chandrasekhar, Rev. Mod. Phys. 15, 59 (1943).
  21. E. Moore, L. R. Corrales, T. Desai, and R. Devanathan, J. Nucl. Materials 419, 140 (2011).
  22. S. Murphy, A. Chartier, L. Van Brutzel, and J.-P. Crocombette, Phys. Rev. B 85, 144102 (2012).
  23. A. Jelea, R.-M. Pellenq, and F. Ribeiro, J. Nucl. Materials 444, 153 (2014).
  24. X.-Y. Liu and D. Andersson, J. Nucl. Materials 462, 8 2015
  25. L. Yang and B. Wirth, J. Nucl. Materials 544, 152730 (2021).
  26. Z. Xiao, Y. Wang, S. Hu, Y. Li, and S.-Q. Shi, Comp. Mat. Sci. 184, 109867 (2020).
  27. K. Nogita and K. Une, Nucl. Inst. and Met. in Phys. Res. Sec. B: Beam Interact. with Mat. and Atoms 141, 481 1998.
  28. G. Greenwood, A. Foreman, and D. Rimmer, J. Nucl. Materials 1, 305 1959.
  29. H. Xiao, C. Long, X. Tian, and S. Li, Mat. and Design 74, 55 2015.
  30. S. Hu, W. Setyawan, V. V. Joshi, and C. A. Lavender, J. Nucl. Materials 490, 49 2017.
  31. D. Yun, M. A. Kirk, P. M. Baldo, J. Rest, A. M. Yacout, and Z. Z. Insepov, J. Nucl. Materials 437, 240 2013.
  32. D. Yun, J. Rest, W. Zhang, X. Xie, W. Liu, and L. Gu, J. Nucl. Materials 540, 152409 (2020).
  33. W. Zhang, D. Yun, and W. Liu, Materials 12, 2354 (2019).
  34. G. Smirnov and V. Stegailov, J. Phys.: Cond. Mat. 31, 235704 (2019).
  35. D. E. Smirnova, A. Y. Kuksin, S. V. Starikov, V. V. Stegailov, Z. Insepov, J. Rest, and A. M. Yacout, Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 21, 035011 2013.
  36. D. Yun, Y. Miao, R. Xu, Z. Mei, K. Mo, W. Mohamed, B. Ye, M. J. Pellin, and A. M. Yacout, J. Nucl. Materials 471, 272 2016.
  37. B. Beeler, S. Hu, Y. Zhang, and Y. Gao, J. Nucl. Materials 530, 151961 (2020).
  38. B. Beeler, M. W. Cooper, Z.-G. Mei, D. Schwen, and Y. Zhang, J. Nucl. Materials 543, 152568 (2021).
  39. J. French and X.-M. Bai, J. Nucl. Materials 565, 153744 (2022).
  40. I. Novoselov, A. Yanilkin, A. Shapeev, and E. Podryabinkin, Comp. Mat. Sci. 164, 46 (2019).
  41. R. Ryltsev and N. Chtchelkatchev, J. Mol. Liq. 349, 118181 (2022).
  42. A. Stukowski, Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 18, 015012 (2010).
  43. Г. Э. Норман, В. В. Стегайлов, Мат. Мод. 24, 3 (2012).
  44. A. P. Thompson, H. M. Aktulga, R. Berger, D. S. Bolintineanu, W. M. Brown, P. S. Crozier, P. J. in't Veld, A. Kohlmeyer, S. G. Moore, T. D. Nguyen et al., Computer Physics Communications 271, 108171 (2022).
  45. A. Shamsutdinov, M. Khalilov, T. Ismagilov, A. Piryugin, S. Biryukov, V. Stegailov, and A. Timofeev, in International Conference on Mathematical Modeling and Supercomputer Technologies (Springer, 2020), p. 401.
  46. W. J¨ager, R. Manzke, H. Trinkaus, G. Crecelius, R. Zeller, J. Fink, and H. Bay, J. Nucl. Materials 111, 674 (1982).
  47. M. Methfessel, D. Hennig, and M. Sche er, Phys. Rev. B 46, 4816 (1992).
  48. W. Tyson, Canadian Metal. Quart. 14, 307 (1975).
  49. Z. Insepov, J. Rest, A. Yacout, A. Y. Kuksin, G. Norman, V. Stegailov, S. Starikov, and A. Yanilkin, J. Nucl. Materials 425, 41 (2012).
  50. V. V. Dremov, P. V. Chirkov, and A. V. Karavaev, Sci. Rep. 11, 1 (2021).
  51. D. Seitov, K. Nekrasov, A. Y. Kupryazhkin, S. Gupta, and A. Usseinov, Phys. Res. Sec. B 476, 26 (2020).
  52. N. Kondratyuk, V. Nikolskiy, D. Pavlov, and V. Stegailov, Int. J. High Perf.Comp. Appl. 35, 312 (2021).
  53. A. Leenaers, W. Van Renterghem, and S. Van den Berghe, J. Nucl. Materials 476, 218 (2016).
  54. H. Xie, N. Gao, K. Xu, G.-H. Lu, T. Yu, and F. Yin, Acta Materialia 141, 10 (2017).
  55. A. V. Nazarov, A. A. Mikheev, and A. P. Melnikov, J. Nucl. Materials 532, 152067 (2020).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023