【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锆合金辐照考验，具体涉及一种锆锡合金辐照下微观结构演化模拟方法、系统和设备。
技术介绍
1、锆合金由于具有较小的中子吸收截面、良好的抗腐蚀性能以及较好的抗辐照性能，被广泛应用于目前压水堆燃料元件的包壳材料。目前使用最广泛和成熟的压水堆包壳材料是zircaloy-2和zircaloy-4，此类锆合金的成分主要为锆和锡。为了探索抗辐照性能更加优异的锆锡合金，获得锆合金在中子辐照条件下的微观结构演化过程，对于锆包壳的反应堆内考验和热室内微观表征工作具有重要意义。
2、目前，国际和国内通常采用在通量较高的研究堆中进行核电站工况下模拟，利用其高中子通量，以较短的时间考验其运行过程中是否安全可靠，但高通量辐照资源有限，且试验成本巨大，辐照后检验通常伴随放射性，对试验人员身体具有一定伤害。
技术实现思路
1、为了解决现有反应堆中子辐照和微观表征技术，存在试验时间长、试验成本高，且对试验人员身体有一定伤害等问题，本专利技术提供了一种锆锡合金辐照下微观结构演化模拟方法、系统和设备，本专利技术基于相场模拟方法，实现中子辐照下锆锡合金中辐照缺陷和微观结构演化的计算机模拟，从而获得辐照条件和合金成分对锆合金的影响，可以大幅度减少试验时间和成本，同时无需试验人员接触放射性，避免产生安全风险。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种锆锡合金辐照下微观结构演化模拟方法，所述方法包括：
4、基于相场方法建立锆锡合金的微观结构模型，同时引入辐照缺
5、利用所述微观结构演化模型获得不同辐照条件下锆锡合金的微观结构演化和辐照缺陷分布。
6、现有的反应堆中子辐照和微观表征技术，存在试验成本高，试验时间长等问题，同时辐照试验伴随的放射性，会对试验人员的身体造成伤害。而本专利技术提出的方法基于数值模拟技术，利用相场法建立锆锡合金的微观结构模型，同时引入辐照缺陷演化的速率理论模型，从而获得辐照下锆锡合金的微观结构演化模型，利用该微观结构演化模型以及辐照参数，即可获得不同辐照条件下锆锡合金的微观结构演化和辐照缺陷分布，相较于现有技术可以大幅度减少试验时间和试验成本，且无需试验人员接触放射性物质，此外，还可以为后期锆锡合金中力学性能的数值模拟计算提供更加精确可靠的数据支撑。
7、作为优选实施方式，本专利技术得到的所述微观结构演化模型为：
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14、其中，x表示锆元素浓度，表示锆原子的动力学系数，表示吉布斯能量，γ表示原子迁移频率，<x>w表示锆元素浓度的平均值，ξx(r，t)表示锆元素的高斯热噪声；y表示锡元素浓度，表示锡原子的动力学系数，<y>w表示锡元素浓度的平均值，ξy(r，t)表示锡元素的高斯热噪声；ρi表示间隙原子密度，ρv表示空位密度，<cv>表示空位浓度平均值，<ci>表示间隙原子浓度平均值；表示点缺陷的产生率，εi表示间隙原子的团簇化比例，di表示间隙原子扩散率，λg表示空位的平均自由程，μ(ρi，ρv)表示缺陷阱强度，αr表示点缺陷复合速率，cv0表示平衡空位浓度，β表示空位与被锡原子捕获空位的结合速率，a表示空位和锡原子的结合参数。
15、作为优选实施方式，本专利技术的方法还包括：
16、输出所述微观结构演化模型和得到的不同辐照条件下锆锡合金的微观结构演化和辐照缺陷分布，为锆锡合金中的力学性能数值模拟计算提供初始模型和输入参数。
17、作为优选实施方式，本专利技术在所述微观结构演化模型建立过程中，假设网格位错密度在辐照过程中保持恒定。
18、作为优选实施方式，本专利技术的锆锡合金体系中的缺陷由速率理论公式表述。
19、第二方面，本专利技术提出了一种锆锡合金辐照下微观结构演化模拟系统，所述系统包括：
20、模型构建单元，所述模型构建单元基于相场方法建立锆锡合金的微观结构模型，同时引入辐照缺陷演化的速率理论模型，得到辐照下锆锡合金的微观结构演化模型；
21、以及数值模拟单元，所述数值模拟单元利用所述微观结构演化模型获得不同辐照条件下锆锡合金的微观结构演化和辐照缺陷分布。
22、作为优选实施方式，本专利技术的模型构建单元建立的微观结构演化模型为：
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24、
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26、
27、
28、
29、其中，x表示锆元素浓度，表示锆原子的动力学系数，表示吉布斯能量，γ表示原子迁移频率，<x>w表示锆元素浓度的平均值，ξx(r，t)表示锆元素的高斯热噪声；y表示锡元素浓度，表示锡原子的动力学系数，<y>w表示锡元素浓度的平均值，ξy(r，t)表示锡元素的高斯热噪声；ρi表示间隙原子密度，ρv表示空位密度，<cv>表示空位浓度平均值，<ci>表示间隙原子浓度平均值；表示点缺陷的产生率，εi表示间隙原子的团簇化比例，di表示间隙原子扩散率，λg表示空位的平均自由程，μ(ρi，ρv)表示缺陷阱强度，αr表示点缺陷复合速率，cv0表示平衡空位浓度，β表示空位与被锡原子捕获空位的结合速率，a表示空位和锡原子的结合参数。
30、作为优选实施方式，本专利技术的系统还包括：
31、输出单元，所述输出单元用于输出建立的微观结构演化模型以及数值模拟得到的不同辐照条件下锆锡合金的微观结构演化和辐照缺陷分布。
32、第三方面，本专利技术提出了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本专利技术所述方法的步骤。
33、第四方面，本专利技术提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本专利技术所述方法的步骤。
34、本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
35、1、本专利技术基于数值模拟技术，采用相场法建立锆锡合金的微观结构模型，同时引入辐照缺陷演化的速率理论模型，从而获得辐照下锆锡合金的微观结构演化模型，利用该微观结构演化模型以及辐照参数，即可获得不同辐照条件下锆锡合金的微观结构演化和辐照缺陷分布，相较于现有的反应堆中子辐照和微观表征技术，可以大幅度减少试验时间，提高试验效率，并保证试验人员的安全；
36、2、本专利技术能够为后续锆合金中力学性能的数值模拟计算提供更加准确可靠的数据支撑，对锆合金反应堆内辐照考验和热室内微观表征的研究具有重要意义。
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1.一种锆锡合金辐照下微观结构演化模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种锆锡合金辐照下微观结构演化模拟方法，其特征在于，得到的所述微观结构演化模型为：
3.根据权利要求1或2所述的一种锆锡合金辐照下微观结构演化模拟方法，其特征在于，所述方法还包括：
4.根据权利要求1或2所述的一种锆锡合金辐照下微观结构演化模拟方法，其特征在于，在所述微观结构演化模型建立过程中，假设网格位错密度在辐照过程中保持恒定。
5.根据权利要求1或2所述的一种锆锡合金辐照下微观结构演化模拟方法，其特征在于，锆锡合金体系中的缺陷由速率理论公式表述。
6.一种锆锡合金辐照下微观结构演化模拟系统，其特征在于，所述系统包括：
7.根据权利要求6所述的一种锆锡合金辐照下微观结构演化模拟系统，其特征在于，所述模型构建单元建立的微观结构演化模型为：
8.根据权利要求6所述的一种锆锡合金辐照下微观结构演化模拟系统，其特征在于，所述系统还包括：
9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种锆锡合金辐照下微观结构演化模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种锆锡合金辐照下微观结构演化模拟方法，其特征在于，得到的所述微观结构演化模型为：
3.根据权利要求1或2所述的一种锆锡合金辐照下微观结构演化模拟方法，其特征在于，所述方法还包括：
4.根据权利要求1或2所述的一种锆锡合金辐照下微观结构演化模拟方法，其特征在于，在所述微观结构演化模型建立过程中，假设网格位错密度在辐照过程中保持恒定。
5.根据权利要求1或2所述的一种锆锡合金辐照下微观结构演化模拟方法，其特征在于，锆锡合金体系中的缺陷由速率理论公式表述。
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【专利技术属性】
技术研发人员：信天缘，吴璐，伍晓勇，扶靓虔，莫华均，潘荣剑，赵民，覃检涛，马聪，张伟，王青青，干宇文，周晓瑛，孔祥刚，毛建军，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：
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