Компьютерное моделирование радиационно-стимулированных процессов в минералах в связи с решением минералогических, материаловедческих и экологических задач (часть первая)

Abstract

Радиационная устойчивость циркона ZrSiO₄ и ксенотима YPO₄ изучена с помощью методов компьютерного моделирования. Методом молекулярной динамики изучено формирование в цирконе поврежденной области после прохождения атома тория с энергией 20 кэВ. Проанализировано распределение междоузельных атомов кислорода в кристаллической решетке циркона. Установлено, что наилучшее согласие с экспериментом обеспечивает потенциал межатомного взаимодействия, параметры которого выведены из первых принципов. Также методом молекулярной динамики изучена радиационная устойчивость ксенотима. Описаны критерии выбора параметров межатомных потенциалов для моделирования альфа-распада в минералах. Рассмотрены особенности формирования и отжига изолированных дефектов в структуре ксенотима с помощью метода Мотта-Литтлтона. В рамках приближения сверхячейки изучена зависимость энергии френкелевских пар и вероятности их аннигиляции на протяжении отжига каскада смещения от расстояния между вакансией и междоузлием.

Радіаційна стійкість циркону ZrSiO₄ та ксенотиму YPO₄ досліджена за допомогою методів комп'ютерного моделювання для чотирьох різних напівемпіричних потенціалів. Методом молекулярної динаміки досліджено формування в цирконі пошкодженої області після проходження атому торію з з енергією 20 кеВ. Проаналізовано розподіл міжвузельних атомів кисню в кристалічній гратці циркону. Встановлено, що найкращу узгодженість з експериментом забезпечує потенціал, параметри якого виведені з перших принципів. Також методом молекулярної динаміки вивчена радіаційна стійкість ксенотиму. Описані критерії вибору параметрів міжатомних потенціалів для моделювання альфа-розпаду в мінералах. Розглянуті особливості формування і відпалу ізольованих дефектів в структурі ксенотиму за допомогою методу Мотта-Літтлтона. У рамках наближення надкомірки вивчена залежність енергії френкелівських пар та вірогідності їх анігіляції упродовж відпалу каскаду зміщення від відстані між вакансією та міжвузлям.

The radiation resistance of zircon ZrSiO₄ and xenotime YPO₄ was comparatively tested with computer simulations of four different sets of parameters of interatomic potentials. The formation of an atomic displacement cascade after the passage of the initially knocked-out Th atom with energy of 20 keV was investigated using the molecular dynamics method. The distribution of internodal oxygen atoms in zircon has been studied. It has been established that the most reasonable consistency with an experiment provides the potential deduced from first principles. Also using the method of molecular dynamics the radiation resistance of the mineral xenotime has been investigated. The optimal criteria for the appropriate choice of the parameters of the interatomic potentials used for the simulation of a-decay in minerals have been proposed. The specific features of the formation and annealing of individual defects in the structure of xenotime have been considered using the Mott— Littleton method. The dependences of the energy of formation of Frenkel pairs and the probability of their annihilation during the annealing of a cascade of atomic displacements on the distance between the vacancy and the interstitial site have been analyzed within the framework of the supercell approximation.