Klassisk–kvantmekanisk tidsalternerande metod för simulering av strålningsinducerade defekter i metaller

Sammanfattning: Strålskador i metalliska komponenter är oundvikligt för metaller i reaktormiljöer. Den viktigaste materialparametern för beräkningar av strålningsinducerad defektbildning är tröskelenergin för defektbildning, som ofta bestäms genom molekyldynamiksimuleringar (MD) baserade på den empiriska metoden EAM, och nyligen även den kvantmekaniska metoden täthetsfunktionalteori (DFT). DFT är mer noggrann och har visats ge bättre överensstämmelse med tillgängliga experimentella data, jämfört med den mycket snabbare EAM-metoden. I denna studie undersöks skillnader mellan dynamiken i DFT- och EAM- baserade MD kaskadsimuleringar genom analys av den totala kinetiska energin. Skillnaderna verkar primärt uppstå efter 150 till 200 fs eller mer. En metod föreslås därför som ersätter första delen av en DFT MD simulering med EAM MD. Den möjliga minskningen av beräkningskostnad är stor eftersom den mesta simuleringstiden krävs under de första, högenergetiska kollisionerna, och eftersom EAM har försumbar beräkningskomplexitet jämfört med DFT. Metoden testas genom tröskelenergiberäkningar för ett par riktningar. För de testade fallen ger den föreslagna alternerande EAM-DFT-metoden bra överensstämmelse med DFT, inklusive när EAM och DFT har dålig överensstämmelse. Metoden kan minska simuleringkostnaden till storleksordningen 1/5 av den för DFT, och verkar baserat på de undersökta fallen lovande, men ytterligare undersökning av noggrannheten krävs.