Spektrum seminarium Fredric Granberg1. 1) Accelerator Laboratoriet, Inst. för Fysik, Helsingfors Universitet

Transkript

1 Spektrum seminarium Datorsimuleringar i materialfysik Fredric Granberg1 Kai Nordlund1, Arttu Lehtinen2, Lasse Laurson2, Mikko Alava2 & Dmitry Terentyev3 1) Accelerator Laboratoriet, Inst. för Fysik, Helsingfors Universitet 2) Inst. för Tillämpad Fysik, Aalto Universitetet 3) SCK-CEN, Mol, Belgien

2

3 Chernobyl April 1986

4 Vad lärde vi oss av detta?

5 Stä ng hel st inte av säk er het ss yst em en!

6 Så är vi säkra nu??

7 Säkerhetsrisker Reaktorhärden Kylvattensystemet Strukturella delar

8 Säkerhetsrisker Reaktorhärden Kylvattensystemet Strukturella delar Allting gjort av någon form av stål

9 Säkerhetsrisker Reaktorhärden Kylvattensystemet Strukturella delar Allting gjort av någon form av stål Påverkas av strålningen?

10 Säkerhetsrisker Reaktorhärden Kylvattensystemet Strukturella delar Experiment tar 60 år Allting gjort av någon form av stål Påverkas av strålningen?

11 Säkerhetsrisker Reaktorhärden Kylvattensystemet Strukturella delar Experiment tar 60 år Allting gjort av någon form av stål Påverkas av strålningen? DATORSIMULERINGAR

12 Datorsimuleringar

13 Datorsimuleringar

14 Vad gör jag då? Simulerar dislokationers rörelse i stål med hjälp av Molekyldynamik

15 Vad gör jag då? Simulerar dislokationers rörelse i stål med hjälp av Molekyldynamik

16 Molekyldynamik

17 Molekyldynamik Newton's andra lag: F = m * a

18 Molekyldynamik 50 K 1000 K

19 Dislokationer wtf?

20

21 Varför är dislokationer viktiga? Deras rörelse bestämmer de mekaniska egenskaperna i metaller

22 Varför är dislokationer viktiga? Med olika val av orenheter och bearbetningssätt kan man åstadkomma material med de rätta egenskaperna för ett specifikt ändamål Orenheterna fungerar som hinder för dislokationerna

23 Varför är dislokationer viktiga? Med olika val av orenheter och bearbetningssätt kan man åstadkomma material med de rätta egenskaperna för ett specifikt ändamål Orenheterna fungerar som hinder för dislokationerna Hindren kan även uppstå spontant p.g.a. strålning Viktigt i speciellt kärnkraftverk Stål kan förändras från duktilt till skört

24 Varför är dislokationer viktiga? Med olika val av orenheter och bearbetningssätt kan man åstadkomma material med de rätta egenskaperna för ett specifikt ändamål Orenheterna fungerar som hinder för dislokationerna Hindren kan även uppstå spontant p.g.a. strålning Viktigt i speciellt kärnkraftverk Stål kan förändras från duktilt till skört KAN HA FÖRÖDANDE EFFEKTER

25 Olika typer av hinder Vakanser och hålrum Extra atomer eller orenhets atomer Precipitat, material med annan stuktur eller komposition

26 Olika typer av hinder Vakanser och hålrum Extra atomer eller orenhets atomer Precipitat, material med annan stuktur eller komposition Kan orsakas av bestrålning

27 Olika typer av hinder Vakanser och hålrum Extra atomer eller orenhets atomer Precipitat, material med annan stuktur eller komposition Alla metaller har orenheter Kan orsakas av bestrålning

28 Olika typer av hinder Vakanser och hålrum Extra atomer eller orenhets atomer Precipitat, material med annan stuktur eller komposition Alla metaller har orenheter Kan orsakas av bestrålning Insatta orenheter som förbättrar egenskaperna

29 Vad exakt gör jag då? Studerar... Temperatur: K Storlek: 1, 2 och 4 nm Typ: Hålrum, Karbider et.c. Struktur: Koherent, Fe3C och M23C6 Komposition: M = Fe eller Cr...effekt på nanostorleks precipitats påverkan på dislokationers rörelse

30 Simuleringsuppställning

31

32

33

34 Resultat från MD Styrkan av hindren Temperaturberoende Storleksberoende Strukturberoende

35 Resultat från MD Styrkan av hindren Temperaturberoende Storleksberoende Strukturberoende Mekanism för lossnandet Klättring över/under Bildande av Orowan-loops

36 Cementit precipitat 1 nm 2 nm

37 Orowan loop mekanismen

38 Vad kan man göra med dessa resultat Göra experiment på stål med de orenheter som verkar fungera bra. Göra simuleringar på större system

39 Experiment Klueh, RL; Shingledecker, JP; Swindeman, RW; Hoelzer, DT: J NUCL MATER, 341 (2-3): MAY

40 Discrete Dislocation Dynamics

41 Så är vi säkra nu??

42 Tack för Er uppmärksamhet! FRÅGOR???