核反應(yīng)堆壓力裝置仿真Cu原子團的提取及原子勢的運算

發(fā)布于：02-11

嵌入能函數(shù)采用Banerjea和Smith提出的分析型表達形式F（Q）=-F01-lnQenQen+F1Qe，其中，F(xiàn)0=Ec-Ev，Ec和Ev分別表示晶體的結(jié)合能和空位形成能，Q為的電子密度，Qe為其平衡值，n是常數(shù)，F(xiàn)1是需要擬合的勢參數(shù)，對于bcc結(jié)構(gòu)的金屬
F1=01根據(jù)文獻的建議，電子密度函數(shù)均采用如下形式：f（r）=feexp<-V（r-re），式中re是平衡時原子間的最近鄰距離，fe是控制因子，應(yīng)用于合金的計算時，該參數(shù)不能被約化掉，必須確定fe的值，在本文中fe=Ec8C，其中8為原子體積，V是需擬合的參數(shù)。



考慮金屬晶體結(jié)構(gòu)的不同，針對bcc金屬的Fe，同類原子間的對勢函數(shù)為如下形式：U（r）=k3re-13+k2re-12+k1re-11+k0，針對fcc金屬的Cu，Ni同類原子間的對勢函數(shù)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是需要擬合的參數(shù)。



Fe，Cu原子間的交叉勢，采用Gong等改進的如下線性函數(shù)形式：UFe-Cu（r）=AUFe（r+B）+UCu（r+C）。Fe，Ni和N，iCu原子之間的交叉勢Uab（r）采取Johnson提出的合金勢，其形式如下：Uab（r）=12fbrfarUa（r）+farfbrUb（r）。核反應(yīng)堆壓力容器模擬鋼中富Cu原子團簇的析出與嵌入原子勢計算及確定有效的勢參數(shù)。對于Fe，Cu，Ni構(gòu)成的二元和三元合金系統(tǒng)，勢參數(shù)則需要通過擬合系統(tǒng)的一些基本物理性質(zhì)來得到。金屬單質(zhì)的勢參數(shù)比較容易得到，因為擬合勢參數(shù)所需要的物理量一般都能從各種手冊中查到，而且這些物理量一般都是比較可靠的實驗值。從文獻得到單質(zhì)Fe的勢參數(shù)V=45109144nm-1，k0=-01271183，k1=-01931581，k2=9161503，k3=-131477284，rs=0129nm，rc=0138nm；單質(zhì)Cu的勢參數(shù)F1=01676073，V=111134231nm-1，A=01725977，B=31457434，ra=011629356nm，rs=0137nm，rc=0144nm。構(gòu)建了bcc結(jié)構(gòu)Fe的理想晶體模型，計算體系為10@10@10個晶胞，使Fe原子布滿晶胞的中心和頂點，采用周期性邊界條件，原子總數(shù)為2000個。



第一種方法是以20個Cu原子去置換晶胞中的Fe原子，一是以平均分散的方式置換晶胞內(nèi)Fe原子，計算總能量為Esca，二是在晶體模型的中心以一個類球形團簇的方式替換Fe原子，計算總能量為Eclu，兩種置換方法的能量差E1=Eclu-Esca，計算結(jié)果為E1=-01234eV。第二種方法是先用20個Ni原子以平均分散的方式置換Fe原子，表示含1a%tNi的Fe-Ni合金，然后再按照第一種方法分別用20個Cu原子以平均分散和類球形團簇兩種方式置換Fe原子，兩種方式置換前后的能量差E2=Eclu-Esca，計算結(jié)果為E2=-01517eV。嵌入原子勢的計算結(jié)果顯示E1E2，這表明含有1a%tNi的Fe-Cu-Ni合金，Cu原子發(fā)生偏聚后系統(tǒng)的總能量會降低更多，從能量的角度說明了Ni的存在會促使富Cu原子團簇析出。