低活化铁素体/马氏体钢辐照脆化行为与机理的先进模拟研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    U1867217
  • 项目类别：
    联合基金项目
  • 资助金额：
    270.0万
  • 负责人：
    贺新福
  • 依托单位：
    中国原子能科学研究院
  • 学科分类：
    A3001.粒子束与物质相互作用
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Reduced Activation Ferritic/Martensitic (RAFM) steels are candidate structural materials for key components in several Generation IV concepts, accelerator driven systems (ADS) and fusion reactors because they are highly resistant to neutron irradiation and provide good resistance to the corrosion. However, there remain serious concerns for the development and use of RAFM steels in fusion reactors. The most critical of these concerns relates to the limited operational temperature window, typically between 350°C and 550°C after neutron irradiation. The lower temperature limit is primarily due to irradiation embrittlement at low temperature operations. This proposal will focus on multiscale modeling of irradiation embrittlement, which is the key limit of usage of RAFM steels in fusion reactors. In this proposal, a physical based irradiation embrittlement model of RAFM steel at atomic and microstructural scale will be constructed based on multiscale modeling and experiment study, during this procedure, some key advanced and parallel-able algorithms will be implemented to atomistic scale and meso-scale code, such as Molecular dynamics, Kinetic Monte Carlo and Rate theory codes.
低活化铁素体/马氏体钢（Reduced Activation Ferritic/Martensitic steels, RAFM钢）被普遍认为是聚变示范堆和商用堆的首要候选结构材料。目前制约RAFM钢未来聚变工程应用的关键因素是其较窄的服役窗口温度（350~550℃），温度下限取决于辐照脆化。本申请瞄准辐照脆化机理这一制约RAFM钢运行窗口温度的科学问题，在前期实验以及多尺度模拟工作基础上，基于我国超级计算技术以及先进计算技术，从RAFM钢辐照导致微观结构演化模型、辐照脆化多尺度物理模型、数学算法以及并行方法入手，建立辐照导致RAFM钢的微观结构演化物理模型及模拟手段，研究原子尺度以及微纳米尺度的RAFM钢辐照脆化机制，初步建立RAFM钢辐照脆化物理模型，为RAFM钢脆化机理研究以及材料成分优化提供理论依据和技术支持，促进我国核能用RAFM钢的研制与发展。

结项摘要

低活化铁素体/马氏体钢（Reduced Activation Ferritic/Martensitic steels, RAFM钢）被普遍认为是聚变示范堆和商用堆的首要候选结构材料。目前制约RAFM钢未来聚变工程应用的关键因素是其较窄的服役窗口温度（350~550℃），其中温度下限取决于辐照脆化。本项目在国家自然基金的资助下，瞄准辐照脆化机理这一制约RAFM钢运行窗口温度的科学问题，在前期实验以及多尺度模拟工作基础上，基于我国超级计算技术以及先进计算技术，从RAFM钢辐照导致微观结构演化模型、高精细数学算法、高性能计算技术、以及辐照脆化多尺度建模与计算等入手，建立了辐照导致RAFM钢的微观结构演化物理模型及模拟手段，研究了原子尺度以及微纳米尺度的RAFM钢辐照脆化机制，初步建立了RAFM钢辐照脆化物理模型，为RAFM钢脆化机理研究以及材料成分优化提供理论依据和技术支持，促进我国核能用RAFM钢的研制与发展。.经过4年的研究，顺利完成了项目提出的研究目标。具体包括：.①针对RAFM钢辐照损伤和辐照缺陷演化的特点，发展了级联碰撞辐照缺陷的判断和高效统计方法；建立了不同中子能谱辐照条件下初始缺陷的统计分布函数，为后续介观尺度模拟提供输入；.②建立了RAFM钢辐照缺陷演化介观尺度模拟方法（动力学蒙特卡洛方法和团簇动力学方法），实现了能同时模拟Fe、Cr、Ni、Mn、Si、P等6种合金/杂质元素在辐照条件下演化行为的原子尺度模拟；同时实现了具有空间分辨的辐照缺陷演化团簇动力学模拟；.③初步探明了BCC结构金属中<100>位错环的形成机制，尤其是RAFM钢中<100>位错环的形核以及<100>位错筏的形成机制；.④建立了辐照硬化预测的位错动力学方法，发展了辐照硬化/脆化的机器学习方法，分析了辐照条件、合金元素等对硬化的贡献。最终初步建立了RAFM钢辐照硬化预测模型。.通过以上研究，本项目资助期间共发表标注的科技论文18篇，会议论文4篇，在投/在审论文5篇；出版学术专著2部/章；申请发明专利18项；软件著作权8项；数据库1项。

项目成果

期刊论文数量（18）
专著数量（2）
科研奖励数量（2）
会议论文数量（4）
专利数量（18）
纳米压入难熔金属导致位错环形成的分子动力学模拟研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    原子能科学技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    汪淑敏;贺新福;杨鹏;豆艳坤
  • 通讯作者：
    豆艳坤
数值核反应堆大数据及其应用
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    大数据
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    汪岸;任帅;苗雪;董玲玉;朱迎;陈丹丹;胡长军
  • 通讯作者：
    胡长军
纯Mo对称倾侧晶界的分子静力学模拟研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    原子能科学技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    毛文略;贾丽霞;杨鹏;贺新福
  • 通讯作者：
    贺新福
数值堆材料辐照损伤并行动力学蒙特卡罗软件MISA-AKMC的设计与实现
  • DOI：
    10.7538/yzk.2021.youxian.0322
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    原子能科学技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    储根深;何远杰;白鹤;陈丹丹;任帅;贾丽霞;吴石;贺新福;杨文;胡长军
  • 通讯作者：
    胡长军
Composition optimization of radiation resistance ODS alloy with high strength and ductility for advanced reactor based on machine learning
基于机器学习的先进反应堆高强塑抗辐射ODS合金成分优化
  • DOI：
    10.1080/00223131.2021.2004952
  • 发表时间：
    2021-12
  • 期刊：
    Journal of Nuclear Science and Technology
  • 影响因子：
    1.2
  • 作者：
    Bai Bing;Xu Han;Han Cao;Xinfu He;Changyi Zhang;Wen Yang
  • 通讯作者：
    Wen Yang

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其他文献

Energetics of radiation defects in Fe-based austenitic alloys: Atomic scale study
铁基奥氏体合金中辐射缺陷的能量学：原子尺度研究
  • DOI：
    10.1016/j.nimb.2012.12.086
  • 发表时间：
    2013-05
  • 期刊：
    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    贺新福
  • 通讯作者：
    贺新福
Microstructural evolution in nickel alloy C-276 after Ar-ion irradiation at elevated temperature
高温氩离子辐照后镍合金 C-276 的微观结构演变
  • DOI：
    10.1016/j.matchar.2012.06.010
  • 发表时间：
    2012-10
  • 期刊：
    Materials Characterization
  • 影响因子：
    4.7
  • 作者：
    贺新福
  • 通讯作者：
    贺新福
Hardening due to dislocation loop damage in RPV model alloys: Role of Mn segregation
RPV 模型合金中位错环损伤引起的硬化：Mn 偏析的作用
  • DOI：
    10.1016/j.jnucmat.2014.11.023
  • 发表时间：
    2015-02
  • 期刊：
    Journal of Nuclear Materials
  • 影响因子：
    3.1
  • 作者：
    贺新福
  • 通讯作者：
    贺新福
α-Fe〈110〉倾斜晶界上He扩散机理的分子动力学研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    原子能科学技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    贺新福;D.Terentyev;杨文
  • 通讯作者：
    杨文
基于Py-GC/MS的葵花秆热解产物组成结构研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    可再生能源
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张少利;赵丹丹;贺新福;任秀彬
  • 通讯作者：
    任秀彬

其他文献

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贺新福的其他基金

辐照诱导RPV钢中磷的偏析及对材料脆化行为影响的多尺度模拟研究
  • 批准号：
    51201184
  • 批准年份：
    2012
  • 资助金额：
    25.0 万元
  • 项目类别：
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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