Отправить статью по E-mail 
MPI реализация алгоритмов для 2D и 3D моделирования фазовых переходов в материалах, облучаемых тяжёлыми ионами, в рамках модели термического пика
- Авторы: Амирханов И.В.1, Земляная Е.В.1, Саркар Н.Р.1, Сархадов И.С1, Тухлиев З.К.1, Шарипов З.А.1
-
Учреждения:
- Объединённый институт ядерных исследований
- Выпуск: № 4 (2013)
- Страницы: 80-94
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rudn.ru/miph/article/view/8809
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В работе представлена MPI реализация метода 2D и 3D расчётов эволюции температурных полей и динамики фазовых переходов, возникающих в материалах при облучении тяжёлыми ионами высоких энергий и импульсными ионными пучками. Используется модифицированная модель термического пика, основанная на системе двух связанных уравнений теплопроводности, описывающих тепловые процессы в электронной и ионной подсистемах облучаемого тяжёлыми ионами образца. Численное решение этих уравнений осуществляется в цилиндрической системе координат как в аксиально симметричном случае (2D), так и с учётом нарушения аксиальной симметрии в моделируемой системе (3D). Моделирование динамики фазовых переходов реализовано на основе задачи Стефана в рамках энтальпийного подхода. Представлена математическая постановка задачи, приведены формулы, определяющие конечно-разностную вычислительную схему; обсуждаются особенности параллельной компьютерной реализации на базе технологии MPI. Приведены численные результаты, подтверждающие эффективность разработанного подхода и соответствующей MPI/C++ программы. Показано, что результаты численного моделирования согласуются с известными экспериментальными оценками размеров треков, образующихся в облучаемых тяжёлыми ионами образцах.
Ключевые слова
Об авторах
Илькизар Валиевич Амирханов
Объединённый институт ядерных исследований
Email: camir@jinr.ru
Лаборатория информационных технологий
Елена Валериевна Земляная
Объединённый институт ядерных исследований
Email: elena@jinr.ru
Лаборатория информационных технологий
Нил Ратан Саркар
Объединённый институт ядерных исследований
Email: sarker@jinr.ru
Лаборатория информационных технологий
Иброхим С Сархадов
Объединённый институт ядерных исследований
Email: ibrohim@jinr.ru
Лаборатория информационных технологий
Зафар Камаридинович Тухлиев
Объединённый институт ядерных исследований
Email: zafar@jinr.ru
Лаборатория информационных технологий
Зариф Алимжонович Шарипов
Объединённый институт ядерных исследований
Email: zarif@jinr.ru
Лаборатория информационных технологий
Список литературы
- Каганов М.И., Лифшиц И.М., Танатаров Л.В. Релаксация между электронами и решёткой // ЖЭТФ. — 1956. — № 2(8). — С. 232–237.
- Wang Z.G., Dufour C., Paumier E. The Se Sensitivity of Metals under Swift-Heavy-Ion Irradiation: a Transient Thermal Process // J. Phys.: Condens. Matter. — 1994. — Vol. 6, No 34. — Pp. 6733–6750.
- Toulemonde M., Dufour C., Meftah A. Transient Thermal Processes In Heavy Ion Irradiation Of Crystalline Inorganic Insulators // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B. — 2000. — Vol. 166–167. — Pp. 903–912.
- Yavlinskii Y. Track Formation In Amorphous Metals Under Swift Heavy Ion Bombardment // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B. — 1998. — Vol. 146, No 1–4. — Pp. 142–146.
- Morphology of Swift Heavy Ion Tracks in Metallic Glasses / M. D. Rodriguez, B. Afra, C. Trautmann et al. // Journal of Non-Crystalline Solids. — 2012. — Pp. 571–576.
- Распыление твёрдых тел под действием тяжёлых ионов и температурные эффекты в электронной и решёточной подсистемах / И. Амирханов, А.Ю. Дидык, И.В. Пузынин и др. // Физика элементарных частиц и атомного ядра. — 2006. — Т. 37, № 6. — С. 1592–1644.
- Применение модели термического пика для объяснения изменений структуры поверхности высокоориентированного пиролитического графита при облучении быстрыми ионами 86Kr и 209Bi с высокими ионизационными потерями энергии / И.В. Амирханов, А.Ю. Дидык, Д.З. Музафаров и др. // Поверхность. — 2008. — № 5. — С. 3–12.
- Численное исследование фазовых переходов, возникающих в металлах под действием импульсных пучков ионов в рамках модели термического пика. / И.В. Амирханов, А.Ю. Дидык, И.В. Пузынин и др. // Поверхность. — 2013. — № 5. — С. 1–6.
- Яненко Н.Н. Метод дробных шагов решения многомерных задач математической физики. — М.: Наука–Новосибирск, 1967. — 197 с.
- Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. — M.: Едиториал УРСС, 2003.
- Численное моделирование динамики температурных полей на плоских мишенях при нестационарном интенсивном лазерном воздействии / М.П. Галанин, И.С. Ерхов, Е.Ю. Локтионов и др. // Препринт ИПМ им. М.В. Келдыша РАН. — 2008. — № 61.
- Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы. — М.: Наука, 1989. — 432 с.
- Гергель В.П. Высокопроизводительные вычисления для многопроцессорных многоядерных систем. — М.: Изд-во МГУ, (серия «Суперкомпьютерное образование»), 2010.
- Практикум по методам параллельных вычислений / А.В. Старченко, Е.А. Данилкин, В.А. Лаева, С.А. Проханов. — М.: Изд-во МГУ, (серия «Суперкомпьютерное образование»), 2010.
- Использование ускорителей тяжёлых ионов для изготовления ядерных мембран / Г.Н. Флеров, П.Ю. Апель, А.Ю. Дидык и др. // Атомная энергия. — 1989. — Т. 67, № 4. — С. 274–280.
- Fink D., Chadderton L.T. Ion-Solid Interactions: Current Status, New Perspectives // Rad. Eff. & Def. in Solids. — 2005. — Vol. 160, No 3–4. — Pp. 67–83.
- Microstructural Modifications Induced by Swift Ions in the NiTi Intermetallic Compound / A. Barbu, A. Dunlop, A. Hardouin et al. // Nucl. Instrum. Meth. — 1998. — No 145.
- Latent Tracks do Exist Metallic Materials / A. Barbu, A. Dunlop, D. Lesueur, R.S. Averback // Europhys. Lett. — 1991. — No 15. — Pp. 37–42.
- Дидык А.Ю. Радиационное воздействие тяжёлых ионов на хромоникелевую сталь при высоких температурах // Известия РАН. Металлы. — 1995. — № 3. — С. 128–135.
