Количественная модель возбуждения материалов в треках быстрых тяжелых ионов

• Автор: Терехин, Павел Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 97 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Обзор современного состояния исследований

1.1. Обзор моделей возбуждения материалов в треках БТИ

1.2. Современный этап исследований

Заключение по Главе

Выводы из Главы

Глава 2. Формализм динамического структу рного фактора

2.1. Скорость электрон-решёточного обмена энергией в рамках формализма ДСФ

2.2. Связь пространственно-временной корреляционной функция и ДСФ

2.3. ДСФ мультикомпонентной системы

2.4. Предельные случаи динамики системы рассеивателей в формализме ДСФ (мгновенное приближение)
2.5. Предельные случаи динамики системы рассеивателей в формализме ДСФ (гармоническое приближение)
2.6. Молекулярно-динамическая модель расчёта ДСФ
2.7. Тестирование модели расчета ДСФ
Заключение по Главе
Выводы из Главы
Глава 3. Микроскопическая количественная модель возбуждения материалов в треках БТИ
3.1. Базовые положения модели
3.2. Монте-Карло модель возбуждения электронной подсистемы материал а
3.3. Пространственное распространение электронов после окончания ионизационных каскадов
3.4. Передача энергии в решётку мишени в результате ее взаимодействия с релаксирующими горячими электронами в треке БТИ
Заключение по Главе
Выводы из Главы
Глава 4. Применение разработанной модели возбуждения трека БТИ к материалам, допускающим экспериментальную проверку (А1,ГЛБ, оливин (М«28Ю4))
4.1. Эффект реализации различных предельных случаев динамической реакции решётки на скорость электрон-решёточного обмена энергией (А1)
4.2. Зависимость скорости электрон-решёточного обмена энергией от температуры электронов (А1)
4.3. Нагрев решётки ЫБ в результате ее взаимодействия с релаксирующими горячими электронами в треке БТИ
4.4. Нагрев решётки оливина (М&>8Ю4) в результате ее взаимодействия с релаксирующими горячими электронами в треке БТИ
Заключение по Главе
Выводы из Главы
Заключение
Обозначения
Список использованной литерату ры
Введение
Акту альность темы исследования
Быстрые тяжелые ионы (БТИ, Е > 1 МэВ/нуклон, М > 20тр, тр - масса протона) теряют большую часть своей энергии в твердом теле на возбуждение его электронной подсистемы ( > 95%, 5-40 КэВ/нм) [1]. Последующая релаксация электронного возбуждения, сопровождающаяся передачей энергии и импульса в решетку, может вызывать необычные структурно-фазовьте изменения в нанометрической окрестности траектории иона (трек БТИ), что может служить основой для технологических применений.
Знание физики эффектов, связанных с прохождением БТИ, важно для оценки радиационной стойкости материалов к облучению осколками деления (ОД). Длина пробега БТИ (~10 - 100 мкм) дает возможность производить структурные изменения в слоистых и структурированных наноразмерных системах [1-5]. Облучение БТИ стимулирует образование цепочек нанокластеров и/или изменение формы нанокластеров, содержащихся в облучаемой матрице [1-5]. Отрабатываются основанные на облучении БТИ технологии производства нанопроволок и нанотрубок, в том числе интегрированных в материал [1-5]. Промышленное производство полимерных фильтров базируется на облучении БТИ и последующем травлении полимерных пленок [6]. Ионно-лучевая терапия применяется для лечения онкологических заболеваний [7]. Исследуются задачи модификации генетического материала пучками БТИ [8].
Отработка технологий наноразмерных структурно-фазовых превращений, стимулированных облучением БТИ, невозможна без создания модели, предоставляющей количественную информацию о параметрах экстремально возбужденного материала в треке, поскольку экспериментальная фиксация этих параметров чрезвычайно затруднена [1,2,9].
вычисления ДСФ должны использоваться функции С?(г, /), которые бы учитывали многокомпонентность рассеивающей системы. В двухкомпонентной системе дифференциальное сечение рассеяния электрона может быть определено [63] согласно выражению (2.14), в котором ДСФ «заряд-заряд» учитывает парциальные корреляционные функции,
Здесь £/„_Дк) - фурье-образ потенциальной энергии взаимодействия двух элементарных зарядов, и дг - модельные заряды ионов решётки, а функции (с 0 описывают парные пространственно-временные корреляции атомов сортов а и Д:
где АГ=Ыа+Щ, а, Р = 1,2.
В общем случае мультикомпонентной системы функция С(г,/) имеет вид:
где В — число типов атомов в исследуемой системе qa и - модельные заряды ионов решётки. Корреляционная функция многокомпонентной системы (2.26) однозначно определяет вид ДСФ «заряд-заряд».
(2.23)
(2.24)
Я1Ч2С1-2 (г> 0 + ЧгЯС2- (г,0+ ЧгЧг^г 2 (г- 0}
(2.25)

(2.26)
а= р=