纳米WS2和MoS2在西安脉冲堆中辐照损伤的计算机模拟.PDFVIP

第36 卷 第11 期 核 技 术 Vol. 36, No.11 2013 年11 月 NUCLEAR TECHNIQUES November 2013 纳米WS2 和MoS2 在西安脉冲堆中 辐照损伤的计算机模拟 1 1 1 1 1 2 2 1 王立鹏 潘孝兵 朱养妮 朱广宁 江新标 凤 仪 张学斌 张忠兵 1 （西北核技术研究所 西安 710024 ） 2 （合肥工业大学 合肥 230009 ） 摘要 采用蒙特卡罗程序(MCNP)对纳米材料WS2 和MoS2 在西安脉冲堆辐照实验下的位移损伤—原子离位数 率进行了模拟计算与分析，确定了堆芯辐照样品内的中子注量率分布；对各样品的中子剂量率、γ剂量率进行 了计算，采用典型的热中子反应堆的能谱加权，基于平均位移Kerma 因子的方法，利用NJOY 程序从必威体育精装版的 ENDF/B VII.1 评价库中获取各元素的69 群损伤截面，对各元素原子离位截面进行了计算，最终得到了各样品 −8 1 的原子离位数率。计算结果显示，纳米材料WS2 和MoS2 最大原子离位数率可达1.5110 DPA·s ，且快中子 对原子离位数率贡献要大于热中子。 关键词 西安脉冲堆，中子辐照损伤，原子离位率 中图分类号 TL341 DOI: 10.11889/j.0253-3219.2013.hjs.36.110204 在众多的固体润滑剂中，硫化物是比较重要的 置，要求较高的能量。在低温时，空位是不运动的， 一种材料。它在摩擦物之间呈现出优越的减磨和抗 只能被间隙原子复合。只在温度大于0.3Tm （Tm 是 咬效果，从而达到润滑的目的。纳米硫化物兼有纳 材料的熔点）时，空位才迁移，并可以聚集成空位 米材料的小尺寸效应和表面效应，所以表现出更加 团；间隙原子相应地聚集在一起，演化为间隙位错 优良的润滑性能[1] 。常用的硫化物主要有 FeS 、 圈[4] ，从而在宏观上造成辐照肿胀、蠕变、生长、 MoS2 、WS2 和NbS2 等，其中MoS2 以优异的摩擦学 脆化等性能变化。对其变化程度进行有效评估的依 性能和较低的成本成为应用最广泛的固体自润滑材 据是位移损伤函数。位移损伤函数与能量密切相关， 料之一。纳米WS2 和MoS2 与铜的复合材料可用作 并且与位移比释动能(Kerma)因子成正比。每一种能 空间堆、船用核反应堆以及新型可移动式反应堆等 量的中子都对应一个位移Kerma 因子。对于具有连 核动力系统中动态能量转换装置的电刷材料。反应 续能谱分布的中子辐射源，通常采用全能谱位移损 堆辐照环境要求纳米WS2 和MoS2 具备较高的耐辐 伤来描述其对材料造成的辐照损伤[5] 。 照性能，在长期的中子、γ 射线辐照下保持较好的 用反应堆或专门试验装置对纳米自润滑材料进 摩擦学特性、稳定的电导率和材料力学特性等。 行中子辐照并检测材料的辐照损伤程度是目前最直 纳米WS [2] 接的检测手段。本文利用蒙特卡罗程序(MCNP)[6] 2 和 MoS2 属于金属基自润滑材料 ， 兼有基体金属的特性和固体润滑剂的摩擦学特性。 对置于西安脉冲反应堆堆芯中WS2 和MoS2