[发明专利]一种核反应堆材料辐照损伤的多尺度耦合模拟方法

权利要求书

1.一种核反应堆材料辐照损伤的多尺度耦合模拟方法，包括如下步骤：

(1)初始化系统设置和原子信息，包括系综、温度、压力、第一个被中子撞击离位的点阵原子PKA的入射方向及能量、原子的初始坐标、初始速度、邻居原子；

(2)用分子动力学方法模拟一种PKA导致的级联碰撞过程，同一初始条件下多次重复模拟，对分子动力学模拟得到的原子信息进行初始缺陷统计分析，得到初始缺陷分布；

(3)将所述初始缺陷分布作为动力学蒙特卡洛模拟的输入信息，用原子动力学蒙特卡洛方法模拟缺陷退火过程，对动力学蒙特卡洛模拟得到的间隙和空位分布进行缺陷统计，得到缺陷团簇的尺寸及数密度分布；

(4)对于每一种级联碰撞过程，重复步骤(2)～步骤(3)，得到不同PKA的缺陷团簇尺寸及数密度分布；

(5)将所述缺陷团簇的尺寸及数密度分布信息作为团簇动力学模拟的输入信息，由团簇动力学模拟缺陷团簇的长时演化过程，采用团簇动力学方法，兼顾考虑缺陷的空间信息，得到能够表征的微观结构类型及空间分布，为核材料的性能预测提供信息。

2.如权利要求1所述的核反应堆材料辐照损伤的多尺度耦合模拟方法，其特征在于：步骤(2)中所述的原子信息包括原子的位置、力、速度；所述的初始缺陷分布包括间隙缺陷和空位缺陷的分布。

3.如权利要求2所述的核反应堆材料辐照损伤的多尺度耦合模拟方法，其特征在于：步骤(2)中分子动力学模拟级联碰撞过程包括如下步骤：

(2-1)将模拟时间t₁和时间步数k₁初始化为0；

(2-2)判断t₁是否小于等于总的分子动力学模拟时间t_mdTime，或k₁是否小于等于总的分子动力学模拟步数N_mdSteps；如果是，则进入步骤(2-3)，如果否，则模拟结束；

(2-3)遍历每个原子及邻居原子，计算作用于每个原子上的力；

(2-4)求解牛顿运动方程，计算每个原子的加速度、速度、位置；

(2-5)将模拟时间t₁加Δt₁，同时时间步数k₁加1，与邻居进行通信，将边界原子信息存储在ghost区中，返回步骤(2-2)。

4.如权利要求1所述的核反应堆材料辐照损伤的多尺度耦合模拟方法，其特征在于：步骤(3)中动力学蒙特卡洛方法模拟缺陷退火过程包括如下步骤：

(3-1)初始化级联缺陷的类型、数量、及位置信息；

(3-2)计算每个缺陷往每个近邻方向跃迁的概率；

(3-3)计算所有缺陷的总跃迁概率R，总跃迁概率为每个进程上的每个缺陷的跃迁概率之和；

(3-4)将模拟时间t₂和时间步数k₂初始化为0；

(3-5)判断t₂是否小于等于总的动力学蒙特卡洛模拟时间t_kmcTime，或k₂是否小于等于总的动力学蒙特卡洛模拟步数N_kmcSteps；如果是，则进入步骤(3-6)，如果否，则模拟结束；

(3-6)选择一个随机数r₁，r₁∈[0,1]，计算时间步选择另一个随机数r₂，r₂∈[0,1]，选择跃迁事件μ，其中μ满足R_i为第i个跃迁事件的跃迁概率，R为总跃迁概率；

(3-7)更新与跃迁事件μ相关的缺陷，若被更新的缺陷属于边界缺陷，则与邻居进程进行通信，将更新缺陷存储在ghost区中；

(3-8)更新缺陷的跃迁概率；

(3-9)更新体系的总跃迁概率；

(3-10)将模拟时间t₂加Δt₂,同时时间步数k₂加1,返回步骤(3-5)。

5.如权利要求1所述的核反应堆材料辐照损伤的多尺度耦合模拟方法，其特征在于：步骤(5)中所述缺陷团簇的长时演化过程包括：团簇的长大、复合、被晶界吸收、扩散。

6.如权利要求5所述的核反应堆材料辐照损伤的多尺度耦合模拟方法，其特征在于：步骤(5)中团簇动力学模拟缺陷团簇的长时演化过程包括如下步骤：

(5-1)将团簇动力学模拟区域均匀网格划分，采用立方体网格，每个网格内的缺陷视为均匀分布，缺陷的空间坐标为网格中心坐标，将每个网格根据其中心坐标分配到相应的进程中，并初始化每个网格6个方向的邻居网格；

(5-2)初始化每个网格中的缺陷列表和反应列表，对于每一种缺陷，包括其类型、数量、所在网格及进程编号，对于每一种可能发生的反应，包括其反应物类型和产物类型，以及对应的反应速率；

(5-3)根据进程数D将整个模拟区域均匀划分为D个子区域，计算每个子区域d的总反应速率A^d，D个子区域的最大总反应速率为A_max＝max{A^d}；

(5-4)将模拟时间t₃和时间步数k₃初始化为0；

(5-5)判断t₃是否小于等于总的速率理论模拟时间t_rtTime，或k₃是否小于等于总的速率理论模拟步数N_rtSteps；如果是，则进入步骤(5-6)，如果否，则模拟结束；

(5-6)选择一个随机数r′₁，r′₁∈[0,1]，计算时间步选择另一个随机数选择反应μ′，其中μ′满足为子区域d中的第i个反应的反应概率；

(5-7)更新与反应μ′相关的缺陷，若被更新的缺陷所在网格是邻居进程的边界网格，则与邻居进程进行通信，将更新缺陷更新到各自的边界网格的缺陷列表中；

(5-8)更新缺陷的反应速率；

(5-9)更新体系的总反应概率；

(5-10)将模拟时间t₃加Δt₃,同时时间步数k₃加1,返回步骤(5-5)。