Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2020,  том 17,  №3, 373-379

 

Н.Ч.Х. Чунг1,2, Х.С.М. Фуонг1,2, В.А. Попов1, М.Д. Старостенков1†

Межатомный потенциал для моделирования радиационных повреждений в тройных сплавах

1Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, пр. Ленина, 46, 656038, Барнаул, Россия
2Ядерный исследовательский институт, Далат, Вьетнам

Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Обсуждаются наиболее часто используемые межатомные потенциалы Финниса-Синклера и Циглера-Бирсака-Литтмарка. Потенциал Финниса-Синклера вполне пригоден для описания термодинамически равновесных свойств ОЦК сплавов V-Cr-Ti с высоким содержанием ванадия. Однако, результаты наших расчетов показали, что в условиях радиационного облучения даже улучшенный потенциал Финниса-Синклера занижает пороговые энергии смещения ванадия и хрома в трех основных направлениях [100], [110], [111] и переоценивает пороговую энергию смещения титана в направлении [100] при сравнении с экспериментальными данными по электронному облучению. В потенциале Циглера-Бирсака-Литтмарка учтено кулоновское отталкивание ядер атомов. Однако, пренебрежение отталкивающим взаимодействием на средних расстояниях оказывает неудовлетворительное и весьма заметное влияние на формирование каскадных дефектов. Более того, точность указанных модифицированных потенциалов сильно зависит от вида плавного перехода от равновесной к короткодействующей части потенциала. Вышеуказанные недостатки учтены нами при моделировании межатомного потенциала, основанного на машинном обучении для описания радиационных повреждений в богатых ванадием сплавах V-Cr-Ti. Полученный потенциал верно воспроизводит равновесные свойства системы V-Cr-Ti и правильно описывает атомные взаимодействия на очень коротких межатомных расстояниях. Он может быть использован для изучения физических свойств и радиационного поведения тройных сплавов V-Cr-Ti при изготовлении материалов, применяемых в термоядерных реакторах нового поколения. Потенциалы, полученные методом машинного обучения, позволяют выполнять моделирование с высокой точностью, достижимой при ab initio вычислениях, с затратами времени вычислений, сопоставимыми при использовании эмпирических потенциалов.

Ключевые слова: межатомный потенциал, радиационные повреждения, машинное обучение, молекулярная динамика, сплав V-Cr-Ti.

УДК 538.911

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2020.03.015


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 17, No.3 (2020) 373-379

 

N.T.H. Trung1,2, H.S.M. Phuong1,2, V.A. Popov1, M.D. Starostenkov1†

Interatomic potential for simulation of radiation damage in triple alloys

1I.I. Polzunov Altai State Technical University, Lenin Pr., 46, Barnaul, 656038, Russia
2Nuclear Research Institute, Da Lat, Vietnam

The most frequently used Finnis-Sinclair and Ziegler-Biersack-Littmark interatomic potentials are discussed. The Finnis-Sinclair potential is quite suitable for describing the thermodynamically equilibrium properties of bcc V-Cr-Ti alloys with a high vanadium content. However, the results of our calculations showed that even the improved Finnis-Sinclair potential under conditions of radiation exposure underestimates the threshold displacement energies of vanadium and chromium in the three main directions [100], [110], [111] and overestimates the threshold displacement energy of titanium in the direction [100 ] when compared with experimental data on electron irradiation. The Ziegler-Biersack-Littmark potential takes into account the Coulomb repulsion of atomic nuclei. However, neglect of the repulsive interaction at medium distances has an unsatisfactory and very noticeable effect on the formation of cascade defects. Moreover, the accuracy of the indicated modified potentials strongly depends on the type of smooth transition from the equilibrium to the short-range part of the potential. The above disadvantages were taken into account by us when modeling the interatomic potential based on machine learning for describing radiation damage in vanadium-rich V-Cr-Ti alloys. The resulting potential correctly reproduces the equilibrium properties of the V-Cr-Ti system and correctly describes atomic interactions at very short interatomic distances. It can be used to study the physical properties and radiation behavior of V-Cr-Ti ternary alloys in the manufacture of materials used in new-generation thermonuclear reactors. The potentials obtained by the machine learning method allow performing simulations with high accuracy attainable in ab initio calculations, with computational time costs comparable with using empirical potentials.

Keywords: interatomic potential, radiation damage, machine learning, molecular dynamics, V-Cr-Ti alloy.