(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210759874.X (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 李兴冀　徐晓东　杨剑群　张英涛　 (74)专利代理 机构 北京隆源天恒知识产权代理 有限公司 1 1473 专利代理师 丁晴晴 (51)Int.Cl. G16C 10/00(2019.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 17/12(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 入射粒子辐 照产生PKA过程的分子动力学仿 真方法及系统 (57)摘要 本发明提供了一种入射粒子辐 照产生PKA过 程的分子动力学仿真方法及系统， 所述方法包 括： 建立初始模型， 并设定边界条件以及各入射 粒子的初始位置坐标和初始 速度； 采用基于嵌入 原子势的势函数来描述原子间的相互作用； 设置 模拟的时间步长， 并基于Gear预估 ‑校正算法， 求 解各个入射粒子的运动方程， 得到各时刻入射粒 子的位置坐标和运动参数； 根据各时刻入射粒子 的位置坐标和运动参数得到入射粒子的运动轨 迹。 本发明采用MD方法在时间和空间尺度对入射 粒子与晶格原子碰撞产生PKA的过程进行模拟， 为观察微观体系中不同缺陷的产生过程、 捕获实 验条件难以发现的微观现象提供分析基础， 为核 材料的选取和设计提供重要依据和思路。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115188423 A 2022.10.14 CN 115188423 A 1.一种入射粒子辐照产生PKA过程的分子动力学仿真方法， 其特 征在于， 包括： 对模拟体系建立初始模型， 并设定所述模拟体系的初始参数， 所述初始参数包括边界 条件以及各个入射粒子的初始位置坐标和初始速度； 定义原子间相互作用力， 采用基于嵌入原子势的势函数来描述原子间的相互作用； 设置模拟的时间步长， 并基于Gear预估 ‑校正算法， 求解各个所述入射粒子的运动方 程， 得到各时刻所述入射粒子的位置坐标和运动参数； 根据各时刻所述入射粒子的位置坐标和运动参数 得到所述入射粒子的运动轨 迹。 2.根据权利要求1所述的入射粒子辐照产生PKA过程的分子动力学仿真方法， 其特征在 于， 所述采用基于嵌入原子势的势函数来描述原子间的相互作用包括： 首先采用T ersoff势 函数描述键的强度与周围环境的关系， 再采用ZBL势函数描述原子间的短程作用力； 其中， 所述Tersof f势函数定义 为 式(1)中， V 表示对势项， rij表示原子i和j之间的距离； 所述ZBL势函数定义 为： 式(2)中， Zi表示原子i的原子序数， Zj表示原子j的原子序数， e表示所带电荷， a表示屏 蔽长度。 3.根据权利要求1所述的入射粒子辐照产生PKA过程的分子动力学仿真方法， 其特征在 于， 所述边界条件 采用周期边界条件。 4.根据权利要求1所述的入射粒子辐照产生PKA过程的分子动力学仿真方法， 其特征在 于， 获取各时刻所述入射粒子的位置坐标和运动参数包括： 步骤一， 根据当前时刻所述入射粒子的位置坐标以及计算得到的速度和加速度， 预测 下一时刻所述入射粒子的位置坐标、 速度及加速度； 步骤二， 获取所述模拟体系中能量最高的入射粒子以及所述能量最高的入射粒子的实 际加速度， 计算所述步骤一中预测的加速度与所述实际加速度的差值， 并根据所述差值调 整所述时间步长 。 5.根据权利要求2所述的入射粒子辐照产生PKA过程的分子动力学仿真方法， 其特征在 于， 所述时间步长包括全时间步长和半时间步长 。 6.根据权利要求1所述的入射粒子辐照产生PKA过程的分子动力学仿真方法， 其特征在 于， 所述求解各个所述入射粒子的运动方程包括： 根据所述模拟体系内每个所述入射粒子的初始位置坐标和初始速度建立运动方程组， 并对所述 运动方程组进行时间离 散并积分， 以对所述 运动方程进行求 解； 其中， 所述 运动方程组为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115188423 A 2式(3)中， m表示原子i的质量， ri(t)表示原子i在t时刻的坐标， ri(t+Δt)表示原子i在t +Δt时刻的坐标， vi(t)表示原子i在t时刻的速度， vi(t+Δt)表示原子i在t+Δt时刻的速 度， Fi(t0)表示原子i在t0时刻的受力,Fi(t0+Δt)表示原子i在t0+Δt时刻的受力。 7.根据权利要求1所述的入射粒子辐照产生PKA过程的分子动力学仿真方法， 其特征在 于， 还包括： 根据所述时间步长、 热平衡时间常数、 目标温度和当前温度建立标度因子， 定义 所述入射粒子的速度， 自动映射所述模拟体系所对应的系综。 8.根据权利要求1所述的入射粒子辐照产生PKA过程的分子动力学仿真方法， 其特征在 于， 还包括： 设定模拟温度， 并在等 温等体积的NVT体系下进 行弛豫， 并以弛豫结束后的模拟 体系作为模拟辐照的初始结构。 9.一种基于空间辐照的初级离位原子分子动力学仿真系统， 其特 征在于， 包括： 模型建立模块， 用于对模拟体系建立初始模型， 并设定所述模拟体系的初始参数， 所述 初始参数包括 边界条件以及各个入射粒子的初始位置坐标和初始速度； 势函数定义模块， 用于采用基于嵌入原子势的势函数来描述原子间的相互作用； 仿真模块， 用于基于Gear预估 ‑校正算法， 求解各个所述入射粒子的运动方程， 得到各 时刻所述入射粒子的位置坐标和运动参数， 并根据各时刻所述入射粒子的位置坐标和运动 参数得到所述入射粒子的运动轨 迹。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115188423 A 3