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核反应堆压力装置仿真Cu原子团的提取及原子势的运算

作者:admin来源:中国压力容器网 日期:2013-2-26 12:07:29 人气: 标签:
  

  嵌入能函数采用Banerjea和Smith提出的分析型表达形式F(Q)=-F01-lnQenQen+F1Qe,其中,F0=Ec-Ev,Ec和Ev分别表示晶体的结合能和空位形成能,Q为的电子密度,Qe为其平衡值,n是常数,F1是需要拟合的势参数,对于bcc结构的F1=01根据文献的建议,电子密度函数均采用如下形式:f(r)=feexp<-V(r-re),式中re是平衡时原子间的最近邻距离,fe是控制因子,应用于合金的计算时,该参数不能被约化掉,必须确定fe的值,在本文中fe=Ec8C,其中8为原子体积,V是需拟合的参数。

  考虑金属晶体结构的不同,针对bcc金属的Fe,同类原子间的对势函数为如下形式<23>:U(r)=k3re-13+k2re-12+k1re-11+k0,针对fcc金属的Cu,Ni同类原子间的对势函数采用如下形式:U(r)=-A1+Br/ra-1@exp-Br/ra-1,其中k0,k1,k2,k3,A,B,ra是需要拟合的参数。

   Fe,Cu原子间的交叉势,采用Gong等改进的如下线性函数形式:UFe-Cu(r)=AUFe(r+B)+UCu(r+C)。Fe,Ni和N,iCu原子之间的交叉势Uab(r)采取Johnson提出的合金势,其形式如下:Uab(r)=12fbrfarUa(r)+farfbrUb(r)。核反应堆压力容器模拟钢中富Cu原子团簇的析出与嵌入原子势计算及确定有效的势参数。对于Fe,Cu,Ni构成的二元和三元合金系统,势参数则需要通过拟合系统的一些基本物理性质来得到。金属单质的势参数比较容易得到,因为拟合势参数所需要的物理量一般都能从各种手册中查到,而且这些物理量一般都是比较可靠的实验值。从文献得到单质Fe的势参数V=45109144nm-1,k0=-01271183,k1=-01931581,k2=9161503,k3=-131477284,rs=0129nm,rc=0138nm;单质Cu的势参数F1=01676073,V=111134231nm-1,A=01725977,B=31457434,ra=011629356nm,rs=0137nm,rc=0144nm。构建了bcc结构Fe的理想晶体模型,计算体系为10@10@10个晶胞,使Fe原子布满晶胞的中心和顶点,采用周期性边界条件,原子总数为2000个。

  第一种方法是以20个Cu原子去置换晶胞中的Fe原子,一是以平均分散的方式置换晶胞内Fe原子,计算总能量为Esca,二是在晶体模型的中心以一个类球形团簇的方式替换Fe原子,计算总能量为Eclu,两种置换方法的能量差E1=Eclu-Esca,计算结果为E1=-01234eV。第二种方法是先用20个Ni原子以平均分散的方式置换Fe原子,表示含1a%tNi的Fe-Ni合金,然后再按照第一种方法分别用20个Cu原子以平均分散和类球形团簇两种方式置换Fe原子,两种方式置换前后的能量差E2=Eclu-Esca,计算结果为E2=-01517eV。嵌入原子势的计算结果显示E1<0,这说明在Fe-Cu合金中形成Cu原子偏聚后的总能量会降低,Cu原子有偏聚在一起的倾向。计算结果显示E1>E2,这表明含有1a%tNi的Fe-Cu-Ni合金,Cu原子发生偏聚后系统的总能量会降低更多,从能量的角度说明了Ni的存在会促使富Cu原子团簇析出。

  

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