本文是一篇关于原始研究的学术文献（类型a）。以下是根据文献内容生成的学术报告：

关于研究的作者及发表信息

这项研究的主要作者包括Longjingrui Ma, Taotao Liu, Bin Cai, Zhongxia Liu, Guopeng Zhang, Juntao Li, Huan Li和Hai Huang*。研究单位包括郑州大学物理与微电子学院、智能传感研究所; 宝鸡Freelong新材料技术开发有限公司; 西安稀有金属材料研究院有限公司。本研究发表在期刊《Phys. Status Solidi B》，于2023年在线发表，DOI为10.1002/pssb.202200560。

研究的学术背景

本研究属于材料科学和核技术领域。随着全球向碳中和的过渡，核能因其成熟、安全以及低温室气体排放的优点被视为关键能源之一。然而，为满足下一代核电系统在更高温度、更多辐射通量以及更强腐蚀性环境下运行的需求，在反应堆核心中的结构材料难免会受到更高剂量的辐射，并经历性能的快速退化。因此，开发能抗辐射损伤与腐蚀失效的新型材料，并深入理解这些材料在苛刻环境下的行为，是提升核反应堆安全性的关键途径。

其中，钛（Titanium）及其合金因其优越的机械性能、抗腐蚀能力和低中子诱发活性，在过去几十年间受到核工业的极大关注。α型Ti35合金（钛与6%质量比的钽）因在含氟离子的硝酸溶液中表现出优秀的长期抗腐蚀特性，已成功应用于中国的核燃料再处理中。然而，目前关于Ti35合金的研究多集中在其机械和抗腐蚀特性上，对其辐射效应的研究相对稀缺，尽管这在核燃料后处理设施中至关重要。因此，本研究以分子动力学模拟为核心，系统性研究Ti35合金在辐射条件下的损伤行为，以期为开发先进核反应堆结构材料提供理论基础。

研究工作流程

本研究主要采用经典分子动力学（Molecular Dynamics, MD）模拟方法分析Ti35合金的初步辐射损伤，具体流程如下：

1. 模型建立与参数选择：

   • 研究对象为六方紧密排布（hcp）Ti单晶模型，代表Ti35合金的晶体特性。
   • 利用Mendelev等开发的嵌入原子法（EAM）势函数模拟原子间的相互作用，该方法在预测Ti材料的热膨胀、熔点以及缺陷性质方面表现出准确性。
   • 模拟盒子为具有周期性边界条件的立方体，尺寸根据初级击出原子（Primary Knock-On Atom, PKA）能量范围（2–10 keV）进行选择。

2. 碰撞模拟实验：

   • 在不同晶格方向（如[0001], ½0110等）和温度（100–700 K）下，启动不同能量水平的PKA。
   • 外层通过Nose–Hoover恒温器控制热耗散，内层使用NVE系综使原子在绝热条件下运动。

3. 数据采集与分析：

   • 使用Wigner–Seitz方法检测模拟过程中形成的Frenkel对（Frenkel Pair，位错对）。
   • 利用Ovito软件的聚类分析功能，以原子非拓扑距离（2.95 Å）为阈值，筛选并统计缺陷聚类特性。

4. 统计学处理：

   • 为获取统计可靠的结果，使用多次独立模拟运行（最少10次）验证数据稳定性。
   • 通过多组模拟观察不同参数（如击出原子方向、能量、温度等）对辐射引发点缺陷及其聚类行为的影响。

研究主要结果

1. 辐照缺陷的时序演变：

   • 在碰撞开始的弹道阶段，Frenkel对数量呈现迅速增加，并在约0.6 ps达到峰值。
   • 温度对缺陷退火时间存在正相关性：随着温度升高，从缺陷形成到系统稳定的时间变长。

2. 击出原子能量（Epka）与方向对辐射损伤的影响：

   • 在较低Epka条件下，各方向的损伤趋于各向同性；而在高Epka条件下，损伤表现出明显的各向异性，与温度相关但与方向无关。
   • 剩余Frenkel对数量随着Epka升高而增加，但在更高温度下会减少。

3. 点缺陷的聚类行为：

   • 双间隙原子（di-interstitial）在各种环境条件下稳定性最高，比例保持在7–8%。
   • 单原子间隙更倾向于在高能量下形成n>3的大型间隙原子团簇。
   • 高能量的重要影响在于延长热尖峰的生命周期，从而促进间隙原子或空位的迁移和聚集。

4. 空位聚类现象：

   • 空位比间隙原子更容易聚集，且n>3的空位簇在500 K以下占据最高比例。
   • 随着温度升高，空位整体聚集趋势因热迁移导致空位扩散而下降。

研究结论

研究表明，Ti35合金在不同能量辐射下的初期损伤受击出原子能量、方向及环境温度影响显著。较高的Epka促进更大规模的点缺陷聚类，而升温则加速了缺陷的退火过程。研究进一步确认了间隙原子和空位聚类特性为复杂的动态行为，并加深了对高能粒子辐照下材料力学性能退化机制的理解。

研究结果为评价Ti35合金在高级核反应堆中的耐辐射性能提供了理论参考，也为开发抗辐射材料提供重要科学依据。

研究亮点

1. 流程精细且基于可靠的分子动力学方法，系统研究了Ti35合金在辐射条件下的损伤机制。
2. 首次从多个维度量化分析辐射诱导缺陷的生成与聚集行为，包括能量、方向和温度。
3. 针对Ti35合金的研究填补了关于其辐射效应领域中的空白。