Особенности образования комплексов гелий-вакансия в альфа цирконии: расчеты из первых принципов

Abstract

Сплавы на основе циркония, используемые в качестве конструкционных материалов в ядерных реакторах, в процессе эксплуатации подвергаются воздействию гелия. Для понимания механизмов деградации конструкционных свойств материала в процессе накопления дефектов необходимо первопринципное исследование влияния гелия на атомную и электронную структуры материала. Целью данной работы является установление на основе расчетов из первых принципов особенностей образования комплексов гелий-вакансия в решетке ?-циркония. В результате исследования показано, что гелию энергетически выгодно образовывать комплексы гелий-вакансия в решетке циркония. Установлено, что присутствие комплексов гелий-вакансия в решетке ?-циркония понижает сопротивление металла к растягивающим и касательным напряжениям.

Zirconium-based alloys used as structural materials in nuclear reactors are exposed to helium during operation. To understand the mechanisms of degradation of structural material properties during defect accumulation, a first-principles study of the effects of helium on the atomic and electronic structure of the material is necessary. The purpose of this work is to establish, on the basis of first-principles calculations, the features of helium-vacancy complex formation in the ?-zirconium lattice. As a result of the study, it is shown that helium is energetically advantageous to form helium-vacancy complexes in the zirconium lattice. It was found that the presence of helium-vacancy complexes in the ?-zirconium lattice reduces the resistance of the metal to tensile and tangential stresses.