摘要
作为未来聚变反应堆的主要候选结构材料之一的低活化铁素体/马氏体钢受到高能中子辐照后发生（n，α）反应引入大量的氦原子。结构钢中的氦原子很容易聚集而形成纳米尺度的氦泡。氦泡会阻碍位错滑移，严重影响结构钢的力学性能。由于通过实验手段研究辐照过程中氦泡与位错相互作用的微观过程十分困难，因此，采用原子尺度的模拟方法研究α-Fe中刃位错与氦泡的微观作用机制很有必要。本论文基于周期性位错阵列模型，利用分子动力学方法研究了低活化钢中子辐照后氦泡导致硬化的微观机理，重点研究了辐照温度和常温下氦空位比例对位错与氦泡作用机制影响的差异性。 辐照高温下位错与氦泡作用时，当氦空位比例在0到1之间变化时，氦空位比例对临界剪切应力影响较弱，有先增大后减小的趋势，He/V=0.5的氦泡钉扎位错能力最强;随着氦空位比例进一步升高，在一定的氦空位比例范围内，氦泡中氦原子的数量对位错的攀移难易程度有很大的影响，氦泡内氦原子数量的增加可以促进位错的攀移，临界剪切应力随之减小;当氦空位比例增大到最大值时，氦泡与位错作用机制改变出现排斥机制，引起临界剪切应力上升。常温时位错与氦泡作用时，临界剪切应力随氦空位比例的变化关系在氦空位比例较低时与辐照温度下的变化规律一致，但在氦空位比例接近踢出位错环的浓度时，1 nm氦泡和2nm氦泡同样出现了排斥机制，可能由于氦泡冷冻常温的影响，临界剪切应力的变化规律不一致，原因还有待进一步研究。 位错与氦泡的排斥机制是指当氦泡的氦空位比例接近氦泡踢出位错环的氦浓度，氦泡严重超压，与位错接触瞬间，沿位错拉伸侧踢出自间隙原子团簇，被位错吸收后产生割阶;由于位错割阶与超压氦泡同为压应力场，割阶被氦泡强烈排斥反弹。
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