Пострадиационное упорядочение дефектов в неорганических системах

• Автор: Веселова, Елена Михайловна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Благовещенск
• Количество страниц: 90 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1 Литературный обзор

1.1 Упорядочение в сложных системах

1.2 Взаимодействие излучения с веществом

1.3' Самоорганизация- структуры в твердом теле при* облучении1

1.4 Процессы радиационного дефектообразования в керамических 17 материалах

1.5 Анализ дислокационных структур с позиций теории 22 самоорганизации

1.6 Постановка задачи

2 Объекты и методы исследования

2.1 Объекты исследования

2.2 Распределение точечных дефектов в облучаемых кристаллах и 32 его простейшая модель
2.3 Образование дефектно-деформационных неустойчивостей в 36 изотропном твердом теле и общая математическая модель
2.4 Образование поверхностной решетки дефектов и модель развития 40 деформационно-диффузионных неустойчивостей
2.5 Линейный анализ устойчивости динамических систем
3 Упорядочение дефектов в неорганических материалах после облучения
3.1 Анализ упорядоченных структур радиационных точечных дефектов
3.2 Моделирование упорядоченной структуры дислокаций
3.3 Взаимодействие зернограничных и решеточных дислокаций
3.4 Влияние дислокаций на механическую прочность керамики
Заключение
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. При воздействии внешних потоков энергии на твердые тела в них происходят структурные и морфологические перестройки, вследствие чего их состояние становится далеким от термодинамического равновесия. Изучение этих структурных изменений и изменений свойств твердых тел является одной из актуальных задач современной физики. Исследования в этой области стимулируются развитием атомной и термоядерной энергетики, а также потребностями в материалах с новыми, заранее заданными свойствами.
Однако, исследование материалов после облучения в реакторе или с использованием ускорителей вызывает затруднение, что связано, в первую очередь, с высокой стоимостью и трудоемкостью таких экспериментов, поэтому, важное значение придается теоретическому анализу возможных радиационных эффектов, в том числе упорядочения радиационных дефектов.
Развитие атомной энергетики привлекло первостепенное внимание к материалам, обеспечивающим нормальное функционирование и защиту ядерных реакторов различного типа. Среди этих материалов видное место занимают керамические материалы, так как обладают радиационной стойкостью близкой к стойкости металлов и сплавов. Керамика не окисляется и устойчива в более высокотемпературной области, чем металлы. В современных технических устройствах керамические материалы способны работать в экстремальных условиях эксплуатации в поле ядерных излучений. Перспективы применения керамических материалов связаны с их механическими, тепловыми и химическими свойствами.
На сегодня остается открытым вопрос, каким образом располагаются радиационные точечные дефекты и дислокации в керамических материалах, поскольку при их создании материалы находятся в условиях, когда могут происходить процессы самоорганизации и образовываться различные упорядоченные структуры радиационных дефектов. В свою очередь наличие

таких структур будет влиять на оптические и механические свойства материалов. Поэтому теоретический анализ параметров, при которых наблюдается формирование упорядоченных дислокационных структур в керамических материалах, является актуальным. При этом рассматриваемая модель этих процессов позволяет предсказать условия и значения критических параметров, при которых формируется определенная дефектная структура материала.
Цель работы. Исследование процесса самоорганизации точечных дефектов и дислокаций, вызывающих образование в неорганических системах под действием облучения различных упорядоченных структур.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнение следующих задач:
1. Анализ процесса радиационного дефектообразования в неорганических кристаллах, определение управляющих параметров самоорганизации и условий возникновения неустойчивых состояний при нелинейных процессах.
2. Разработка математической модели упорядочения дислокаций в
кристаллической фазе керамических материалов на основе а~А12°з после нейтронного облучения и оценка периода решетки плотности дислокаций.
3. Получение кинетических уравнений для плотности распределения дислокаций, включающих в себя основные процессы, от которых зависит пространственно-временная самоорганизация дислокационного ансамбля в керамических материалах после воздействия излучения и исследование влияния его на механическую прочность.
Методы исследования. Математическое моделирование нелинейных процессов, качественный анализ устойчивости решений систем дифференциальных уравнений, описывающих нелинейные процессы, по отношению к их малым возмущениям.

Решая уравнения (2.11)—(2.13), получаем формулу для Рг. Остальные компоненты вектора Р, исходя из условия, равны нулю:
р К^(} + У)дп (2Л4)
3(1-V) дг
Исключая из (2.8), (2.9), (2.14) Р и у, получаем уравнение для п:
дп ^ п д2п ,,дп.2 д2п.
— = КЯ + £>—;- + *((—-)2 + л—5-), (2.15)
5? г дг дг дг
пЖ22(1 + к)
где Б = П
з квТ(1-у)
Для исследования устойчивости стационарного решения рассмотрим эволюцию его малого возмущения:
5п(1,г) ~ ехр(Я? + /£г) , (2.16)
где Я - параметр, определяющий устойчивость состояния; к - характеризует период неоднородности; / - мнимая единица.
Таким образом, рассматривается распределение дефектов, описываемое соотношением вида:
п(1,г) = п1)(1,г) + 3п(1,г). (2.17)
При подстановке (2.17) в (2.15) получим дисперсионное соотношение:
Л(п,£,к) = £^-^- — (В + £п)к2-—. (2.18)

При анализе системы уравнений (2.8)-(2.13), получаются критические значения параметров системы, при превышении которых система переходит в неустойчивое состояние:

-^ + 1|, (2.19)
(2-2°)
где а = £-п.
В результате проведенного анализа на неустойчивость модели распределения точечных дефектов получены аналитические выражения для