MD Simulations of Collision Cascades in α-Ti. Statistics and Governing Mechanisms of Point Defect Cluster Formation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The outcomes of molecular dynamics simulations of primary damage formation in collision cascades initiated by primary knock-on atoms (PKA) with PKA energy 5 keV ≤Epka≤ 25 keV in α-titanium at 100 K ≤T≤ 900 K temperatures have been analysed. The fraction of vacancies, εv, and self-interstitial atoms (SIA), εi, in point defect clusters created in isolated collision cascades was evaluated. The corresponding averages ⟨εv⟩ and ⟨εi⟩ over cascade series with the same (Epka, T) parameters, the average size ⟨Nvac⟩ and ⟨Nsia⟩ of vacancy and SIA clusters, respectively, and the average vacancy ⟨Yvac ⟩ and SIA ⟨Ysia ⟩ cluster-per-cascade yield were found as well. Possible governing mechanisms have been suggested to explain ⟨εv⟩, ⟨εi⟩ , ⟨Nvac⟩, ⟨Nsia⟩, ⟨Yvac⟩ and ⟨Ysia⟩ dependence on (Epka,T).

About the authors

R. E. Voskoboynikov

National Research Nuclear University “MEPhI”; National Research Center “Kurchatov Institute”

Author for correspondence.
Email: roman.voskoboynikov@gmail.com
Moscow, 115409 Russia; Moscow, 123182 Russia

References

  1. Raji A.T., Scandolo S., Mazzarello R., Nsengiyumva S., Haerting M., Britton D.T. Ab initio pseudopotential study of vacancies and self-interstitials in hcp titanium // Philos. Mag. 2009. V. 89. P. 1629–1645.
  2. Воскобойников Р.Е. МД Моделирование каскадов столкновений в α-Ti. Число дефектов, время релаксации и морфология каскадной области смещений // ФММ. 2023. Т. 124. № 8. С. 671–678.
  3. Voskoboinikov R.E., Osetsky Yu.N., Bacon D.J. Computer simulation of primary damage creation in displacement cascades in copper. I. Defect creation and cluster statistics // J. Nucl. Mater. 2008. V. 377. P. 385–395.
  4. Voskoboinikov R. Statistics of primary radiation defects in pure nickel // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. 2020. V. 478. P. 201–204.
  5. Voskoboinikov R.E., Osetsky Yu.N., Bacon D.J. Statistics of primary damage creation in high-energy displacement cascades in copper and zirconium // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. 2006. V. 242. P. 68–70.
  6. Воскобойников Р.Е. Радиационные дефекты в алюминии. Моделирование первичных повреждений в объеме материала // ФММ. 2019. Т. 120. № 1. С. 3–10.
  7. Voskoboinikov R. A contribution of L10 ordered crystal structure to the high radiation tolerance of γ-TiAl intermetallics // Instr. Meth. Phys. Res. B. 2019. V. 460. P. 92–97.
  8. Voskoboinikov R. An insight into radiation resistance of D019 Ti3Al intermetallics // J. Nucl. Mater. 2019. V. 519. P. 239–246.
  9. Voskoboinikov R. MD simulations of primary damage formation in L12 Ni3Al intermetallics // J. Nucl. Mater. 2019. V. 522. P. 123–135.
  10. Nordlund K., Averback R.S. Point defect movement and annealing in collision cascades // Phys. Rev. B. 1997. V. 56. P. 2421–2431.
  11. Lindemann P. Über die Berechnung molekularer Eigenfrequenzen // Physikalische Zeitschrift. 1910. V. 11. P. 609–612.
  12. Voskoboinikov R.E., Osetsky Yu.N., Bacon D.J. Interaction of edge dislocation with point defect clusters created in displacement cascades in α-zirconium // Mater. Sci. Eng. A. 2005. V. 400–401. P. 49–53.
  13. Was G.S. Fundamentals of Radiation Materials Science. Metals and Alloys 2nd Ed. Elsevier, Amsterdam, 2017. 1002 p.
  14. Gardiner C. Stochastic Methods. A Handbook for the Natural and Social Sciences 4th Ed. Springer Berlin, Heidelberg, 2009. 447 p.
  15. de Diego N., Osetsky Y.N., Bacon D.J. Mobility of interstitial clusters in alpha-zirconium // Metall Mater Trans A. 2002. V. 33. P. 783–789.
  16. Пример одномерной диффузии ди-, три- и т.п. междоузлий, расположенных в базисной плоскости, вдоль плотноупакованных кристаллографических направлений в α-Ti при низких температурах. https://youtu.be/RgldmdibdHs.
  17. Изменение диффузионной подвижности ди-, три- и т.п. междоузлий, расположенных в базисной плоскости, с одного кристаллографического направления на другое кристаллографическое направление в α-Ti при температурах K. https://youtu.be/eNluPvqktc4.
  18. Релаксация каскада столкновений, инициированного ПВА с энергией кэВ в α-титане при температуре К. https://youtu.be/roMU-RTats4.
  19. Релаксация каскада смещений, инициированного ПВА с энергией кэВ в α-титане при температуре T = 900 К. https://youtu.be/JkJKSaPwcfY.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (138KB)
3.

Download (303KB)
4.

Download (114KB)
5.

Download (73KB)
6.

Download (65KB)
7.

Download (277KB)
8.

Download (372KB)
9.

Download (108KB)
10.

Download (77KB)


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».