Исследование изменений электронной структуры и параметров дефектов в сплавах на основе Ni-Cr методом аннигиляции позитронов

• Автор: Зин Мин У
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 164 с. : ил.

Глава 1. Состояние вопроса

1.1 Диаграмма состоянии системы №-Сг и основные свойства ее сплавов

1.2 Исследование сплавов №-Сг физическими методами

1.3. Исследование металлических сплавов методом аннигиляции позитронов

1.3.1. Основные методы позитронной спектроскопии

1.3.1.1. Измерение времени жизни позитронов в веществе

1.3.1.2. Метод измерения углового распределения аннигиляционных фотонов (УРАФ)

1.3.2.3. Метод измерения уширения аннигиляционной линии

1.3.2. Взаимодействие позитронов с дефектами твердых тел

1.3.3. Сравнение возможности метода аннигиляции позитронов с другими методами при исследовании характеристик дефектов

Глава 2. Экспериментальные методики и расчеты

2.1. Экспериментальная установка для измерения времени жизни позитронов
2.1.1. Технические характеристики
2.1.2. Принцип работы спектрометра измерения времени жизни позитроновЗІ
2.1.3. Краткое описание конструкции спектрометра
2.1.4. Калибровка спектрометра для измерения времени жизни позитронов
2.1.5. Обработка результатов измерения времени жизни позитронов
2.2. Экспериментальная установка для измерения одномерного углового распределения аннигиляционных фотонов
2.2.1. Технические характеристики
2.2.2. Принцип работы спектрометра УРАФ
2.2.3. Краткое описание конструкции спектрометра
2.2.4. Регистрирующий тракт спектрометра УРАФ
2.2.5. Обработка результатов измерения углового распределения аннигиляционных фотонов
2.3. Расчетные методы
2.3.1. Определение характеристик дефектов в сплавах №-Сг
2.3.1.1. Определение характеристик дефектов в веществе по измерению характеристик аннигиляции позитронов при условии^ < Ль)
2.3.1.1.1. Модель захвата позитронов, применяемая при измерениях времени жизни позитронов
2.3.1.1.2. Модель захвата позитронов, применяемая при измерениях методов определения углового и энергетического распределения аннигиляционных фотонов
2.3.1.2. Определение характеристик дефектов в веществе по измерению характеристик аннигиляции позитронов при условии^ > Хь)
2.3.2. Определение изменений электронной структуры в результате взаимодействия позитронов с электронами в твердых телах

2.3.2.1. Определение параметров электронной структуры методом углового распределения аннигиляционных фотонов
2.3.2.2. Определение параметров электронной структуры методом измерения времени жизни позитронов
2.3.3. Расчетные методики оценки характеристик взаимодействия позитронов с веществом
2.3.3.1. Определение коэффициента захвата позитронов
2.3.3.2. Определение коэффициента диффузии позитронов
2.3.4. Анализ экспериментальных результатов измерений и расчетных значений времен жизни позитронов в металлах
Глава 3. Определение параметров электронной структуры и характеристик дефектов в образцах сплавов Ni-Cr
3.1. Исследование образцов сплавов Ni-Cr методом измерения времени жизни позитронов
3.1.1. Исследование влияния режимов термообработки на микроскопические свойства сплавов Ni-Cr и поиск оптимального режима термообработки
3.1.2. Исследование влияния легирующих добавок с малой концентрацией на микроскопические свойства сплавов Ni-Cr
3.1.3. Исследование влияния легирования азотом на микроскопические свойства сплавов Ni-Cr
3.1.4. Обсуждение результатов, полученных методом измерения времени жизни позитронов
3.2. Исследование образцов сплавов Ni-Cr методом углового распределения аннигиляционных фотонов
3.2.1. Исследование влияния длительного старения на структурно-фазовую стабильность и микроскопические свойства сплавов Ni-Cr
3.2.2. Определение изменений энергии Ферми в сплаве Ni-Cr при легировании другими элементами
3.2.3. Исследование влияния режима термообработки и легирования на микроскопические свойства сплавов Ni-Cr
3.2.4. Анализ кинетических процессов в исследуемых сплавах Ni-Cr, протекающих при изменении концентрации хрома
3.2.5. Обсуждение результатов, полученных методом углового распределения аннигиляционных фотонов
Основные результаты и выводы
Список использованных источников

Актуальность. Сплавы на основе никеля, в отличие от сплавов на основе железа, характеризуются значительно более высокой жаропрочностью в температурном интервале 700+900 °С и поэтому находят весьма широкое применение в различных отраслях науки и техники. В ядерной энергетике использование сплавов на никелевой основе в какой-то мере ограничено из-за их высокой себестоимости. Одним из сплавов, нашедших применение в ядерной энергетике, является сплав на основе №-Сг, как правило, допированный молибденом. Он перспективен как конструкционный материал для изготовления деталей и узлов реакторов на быстрых нейтронах, а также как материал для оболочек твэлов водо-водяных энергетических реакторов, работающих при температуре теплоносителя порядка 300 °С, и как материал для первой стенки водоохлаждаемого бланкета термоядерного реактора ИТЭР [1-6].
Известно, что оптимальные радиационная и коррозионная стойкости данных сплавов достигается в том случае, когда возникает ближний порядок в расположении атомов никеля и хрома [1-6]. Формирование ближнего порядка по типу ближнего упорядочения может сопровождаться возникновением кластеров на границах между фазами. Кроме того, в самих новых нарождающихся фазах может значительно измениться электронная структура той области, в которой происходит упорядочение.
Физико-механические свойства сплавов определяются их электронной плотностью фазового состояния и характеристиками образующихся структурных дефектов. При облучении происходит перераспределение атомов и вакансионных дефектов, а также изменяется их электронная структура. Это перераспределение и, следовательно, физико-механические свойства зависят от начального состояния образца, т.е. от режима термообработки и его легирования. Таким образом, исследование изменения параметров электронной структуры и характеристик дефектов в зависимости от режима термообработки и его легирования дает возможность получить информацию об изменении физико-механических свойств сплавов. Настоящая работа посвящена разработке методики определения этих характеристик.

Сигналы с анодов ФЭУ сцинтилляционных детекторов СД1 и СД2 поступают через усилители-формирователи (У-Ф) на интегральные дискриминаторы ИД1 и ИД2, предназначенные для окончательного формирования импульсов по амплитуде и длительности. Выходные сигналы с дискриминаторов поступают на "быструю" схему двойных совпадений CCI. Наличие усилителей-формирователей с малым входным сопротивлением обуславливает привязку по времени анодных сигналов и позволяет снизить разрешающее время схемы совпадений CCI до ~ 80 нсек. С выхода CCI сигналы поступают на счетчик истинных анодных совпадений (NAcc,,) и на схему совпадений МСС. Динодные импульсы сцинтилляционных детекторов усиливаются (У) и через дифференциальные дискриминаторы (ДД1 и ДД2), осуществляющие отбор событий 0,511МэВ, также приходят на "медленную" схему тройных совпадений (МСС). Разрешающее время МСС должно существенно превышать время высвечивания сцинтиллятора Nal(Tl), равное ~ 0.25 мксек. Это время равно 1 мксек. Выходные импульсы МСС поступают на счетчик истинных динодных совпадений(Ж)сов11). Схема совпадений СС2 через блок задержки JI32 регистрирует задержанные (случайные) совпадения (N^,).
Измерение загрузок анодов и динодов по каждому из каналов (NAi, NA2 и NDi, ND2) во всех измеряемых точках спектра обеспечивает контроль стабильности работы спектрометрического тракта. Усилитель-формирователь, котором основным элементом является микросхемная сборка УП2 - токовый усилитель с порогом срабатывания 2 мкА, входным сопротивлением 5 Ом и коэффициентом усиления 50 мВ/мкА. Временная привязка входного сигнала по амплитуде осуществляется за счет низкого порога срабатывания. Установлены усилители-формирователи непосредственно вблизи сцинтилляционных детекторов. Интегральный дискриминатор типа 8ФЗ-113 позволяет сформировать выходной сигнал в NIM-стандарте с изменяющейся длительностью импульса и осуществить его задержку. Это реализовано в канале случайных совпадений, где вместо линии задержки JI32 используется аналогичный дискриминатор с задержкой выходного импульса на 1,5 мксек.
Схемы совпадений CCI и СС2 типа 4СС7-157 идентичны. Разрешающее время схемы определяется длительностью входных импульсов и составляет ~