Theoretical evidence for stationary size distribution of oxide nanoparticles in dispersion strengthened steel under cascade producing irradiation

Abstract

A model developed in this paper describes the transport of nonequilibrium (produced by irradiation) point defects across a coherent interface in a heterophase medium. In the framework of this model we derive a kinetic equation for the distribution function of spherical nanoparticles of the second phase in a solid solution, which accounts for the flow and diffusion of nanoparticles in the dimension space as well as their dissolution in atomic collision cascades. We obtain an analytical form and study the stationary solution of this equation. The result obtained fits well to experimental data [A. Certain et al. Journal of Nuclear Mate 2013) 434, 311] on distribution of Y-Ti-O nanoparticles in the oxide dispersion strengthened ferritic steel 14YWT, irradiated with nickel ions up to 100 dpa at different temperatures. We conclude that in this case irradiation affects the distribution of fine oxide nanoparticles by creating nonequilibrium point defects rather than by cascade mixing.

Модель, що розроблена в цій статті, описує транспорт нерівноважних (створених опроміненням) точкових дефектів через когерентну границю в гетерофазному середовищі. У рамках цієї моделі отримано кінетичне рівняння для функції розподілу сферичних наночастинок другої фази в твердому розчині, що включає плин та дифузію наночастинок у просторі розмірів, а також їх розчинення в каскадах атомних зіткнень. Отримано аналітичну форму та досліджено стаціонарний розв’язок цього рівняння. Отриманий результат гарно узгоджується з експериментальними даними [A. Certain et al. Journal of Nuclear Materіals. (2013) 434, 311] щодо розподілу Y-Ti-O-наночастинок у дисперсійно-зміцненій оксидами феритній сталі 14YWT, опро-міненій іонами нікелю до 100 зна за різних температур. Зроблено висновок, що в цьому випадку опромінення впливає на функцію розподілу наночастинок завдяки виникненню нерівноважних точкових дефектів, а не каскадному перемішуванню.

Модель, разработанная в этой статье, описывает транспорт неравновесных (созданных облучением) точечных дефектов через когерентную границу в гетерофазной среде. В рамках этой модели получено кинетическое уравнение для функции распределения сферических наночастиц второй фазы в твердом растворе, которое включает течение и диффузию наночастиц в пространстве размеров, а также их растворение в кас-кадах атомных соударений. Получена аналитическая форма и исследовано стационарное решение этого уравнения. Полученый результат хорошо согласуется с экспериментальными данными [A. Certain et al. Journal of Nuclear Materіals. (2013) 434, 311] относительно распределения Y-Ti-O-наночастиц в дисперсно-упрочненной оксидами ферритной стали 14YWT, облученной ионами никеля до 100 сна при разных темпе-ратурах. Сделан вывод, что в этом случае облучение влияет на функцию распределения наночастиц благо-даря возникновению неравновесных точечных дефектов, а не каскадному перемешиванию.