Каскады атомных смещений вблизи симметричных наклонных границ зерна в гексагональной плотноупакованной структуре Zr: моделирование методом молекулярной динамики

Актуальность и цели. Работа посвящена атомистическому моделированию симметричных наклонных границ зерна (ГЗ) в гексагональной плотноупакованной структуре Zr и исследованию процессов радиационной повреждаемости возле таких границ. Рассмотрены четыре симметричных наклонных ГЗ: $\sum$14(2 1 $\bar{3}$ 0), $\sum$14(4 $\bar{5}$ 1 0) с осью вращения [0 0 0 1] и $\sum$32(23 46 $\bar{23}$ 27), $\sum$32($\bar{1}$ 2 $\bar{1}$ 3) с осью вращения [1 0 $\bar{1}$ 0]. Рассчитаны значения удельной энергии соответствующих свободных и межзеренных границ, а также получены оценки ширины зернограничных областей при температурах 0 и 300 К. Материалы и методы. Методом молекулярной динамики проведено моделирование каскадов атомных смещений от первично выбитого атома с энергией 10 кэВ в составных кристаллах с ГЗ при 300 К. Обнаружена склонность произведенных в каскаде точечных дефектов аккумулироваться вблизи плоскости ГЗ, которая является препятствием на пути распространения каскада. Установлено, что вне межзеренной области число выживших в каскаде вакансий превышает число собственных междоузельных атомов (СМА) для всех типов ГЗ. Для большинства рассмотренных границ наблюдается меньшее по сравнению с инициально идеальным кристаллом без ГЗ число СМА, остающихся вне межзеренной области. Результаты. Получены результаты по кластеризации произведенных в каскаде точечных дефектов. Для ГЗ с осью вращения [1 0 $\bar{1}$ 0] доля кластеризованных вакансий в 1,5-2 раза выше доли кластеризованных СМА. В то же время для границ с осью вращения [0 0 0 1] доля формирующих кластеры СМА незначительно превосходит фракцию кластеризованных вакансий. Кластеры обоих типов представлены в основном малыми образованиями (от 2 до 4 дефектов на кластер). В то же время вакансии часто формируют кластеры довольно большого (>20 вакансий на кластер) размера, в то время как кластеры СМА имеют небольшие размеры.