Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Klassisk–kvantmekanisk tidsalternerande metod för simulering av strålningsinducerade defekter i metaller
KTH, School of Engineering Sciences (SCI).
2019 (Swedish)Independent thesis Basic level (degree of Bachelor), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesisAlternative title
A time alternating classical–quantum method for simulating radiation damage in crystalline materials (English)
Abstract [sv]

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.

Abstract [en]

Radiation damage in metallic components is unavoidable near the core of nuclear fission and fusion reactors. The key parameter for all radiation damage calculations is the threshold displacement energy, commonly determined through molecular dynamics (MD) displacement cascade simulations based on the embedded atom method (EAM), and recently also using the quantum mechanical density functional theory (DFT). DFT is more accurate and provides better agreement with experimental data compared to the considerably much faster EAM. In the present study, the dynamics of DFT and EAM based MD displacement cascade simulations is compared. The differences predominantly appear after 150 to 200 fs or more. A method is therefore proposed which substitutes the first part of a DFT simulation for EAM. The simulation time reduction is considerable due to the low cost of EAM, and due to the fact that a majority of the simulation time is usually spent in the first high energetic collisions which occur in this early part of the collision process. The proposed method is tested by determining the threshold displacement energy and comparing the results to calculations based purely on DFT and EAM. For the tested cascade directions, the method provides good agreement to DFT, including cases where EAM deviates from DFT. With approximately 1/5 of the DFT simulation cost, the proposed alternating EAM-DFT method seems promising but requires further study and verification.

Place, publisher, year, edition, pages
2019.
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2019:202
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-255695OAI: oai:DiVA.org:kth-255695DiVA, id: diva2:1341301
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-08-08 Created: 2019-08-08 Last updated: 2019-08-08Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1955 kB)17 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1955 kBChecksum SHA-512
8a7509d6a5b4590cb5316c62b6c2855db915d23c138adcc963eb3450c295820129e33e4603f137fbcf6a9c457491e60702f1066b33bc29e762de62e2354ba41d
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Engineering Sciences (SCI)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 17 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 30 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf