Теоретические аспекты радиационно-индуцированных процессов в диэлектриках

• Автор: Клапцов, Алексей Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 88 с. : ил.

1 КИНЕТИКА РАДИАЦИОННОГО РАСПУХАНИЯ КАРБИДА КРЕМНИЯ.
1.1 Кинетика роста дислокационной петли в диэлектрике с учетом зарядовых состояний точечных дефектов
1.2 Теоретическая модель радиационного распухания карбида кремния. Зависимость радиационного распухания от температуры и дозы при ускорительном и нейтронном облучении
1.3 Анализ влияния атомов гелия на радиационное распухание карбида кремния
1.4 Сравнение теоретических результатов с экспериментальными данными
2 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАДИАЦИОННОГО РАСПУХАНИЯ
ГРАФИТА ПОД ДЕЙСТВИЕМ НЕЙТРОННОГО И ИОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ.
2.1 Теоретическая модель кинетики роста междоузельной дислокационной петли в анизотропных (гексагональных) материалах
2.2 Теоретическая модель радиационного распухания графита под действием нейтронного и ионного облучения
2.3 Исследование кинетики радиационного распухания графита в зависимости от дозы и температуры под действием нейтронного и ионного облучения
2.4 Сопоставление теоретических результатов с экспериментальными данными.
3 НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ДИСЛОКАЦИОННЫХ ПЕТЕЛЬ В ОБЛУЧАЕМЫХ ДИЭЛЕКТРИКАХ.
3.1 Кинетика накопления заряда на дислокационных петлях в облучаемых диэлектриках за счет выбивания электронов
4 РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАРЯДОВЫХ СОСТОЯНИЙ РАДИАЦИОННЫХ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ В ОБЛУЧАЕМЫХ ДИЭЛЕКТРИКАХ.

4.1 Разработка теоретической модели обедненной зоны вблизи поверхности и границ зерен в облучаемых диэлектриках с учетом действия внешнего электрического поля
4.2 Зависимость ширины обедненной зоны от зарядовых состояний точечных дефектов, направления и величины внешнего электрического поля
4.3 Сопоставление теоретических результатов с экспериментальными данными
А РЕКОМБИНАЦИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ
ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЯ
Изучение радиационных явлений в неметаллических материалах является бурно развивающейся областью радиационного материаловедения, поскольку эти материалы представляют большой интерес для микроэлектроники (полупроводники, находящиеся под действием радиации, и т.д.), для ядерной промышленности (ядерное топливо: U02, конструкционные материалы для высокотемпературных ядерных реакторов: SiC, захоронение ядерных отходов, конструкционные материалы для термоядерного реактора ИТЕР: SiC, АЬОз, MgO, и т.д.), для космической промышленности (SiC). Между тем изучение радиационных явлений в неметаллах под действием высокоэнергетического облучения является значительно более сложной задачей по сравнению с металлами и детальное описание кинетики радиационно-индуцированных процессов в них в настоящее время отсутствует. Это связано с тем, что неметаллы обычно являются многокомпонентными системами. Кроме того, некоторые неметаллы (например, графит) являются анизотропными материалами с сильной анизотропной диффузией. И, наконец, дефекты во многих неметаллах могут иметь зарядовые состояния, так что кинетические процессы, происходящие в этих материалах под облучением, определяются наличием как упругих, так и внутренних электрических полей. Хорошо известно, что облучение твердых тел, в частности диэлектриков, высокоэнергетическими частицами приводит к смещению атомов из узловых положений решетки и образованию междоузлий и вакансий, эта пара точечных дефектов получила название пара Френкеля. Например, в случае оксидов известно, что в кислородной подрешетке могут образоваться три типа пар Френкеля: нейтральный междоузельный атом кислорода и нейтральная вакансия, вакансии с одним или двумя захваченными электронами (так называемые F+ и F центры) и комплементарные им заряженные междоузельные атомы кислорода О- и О2-. Существует множество работ, в которых сообщалось о наличии подобных заряженных точечных дефектов в оксидах: MgO, CaO, BaO, BeO, ZnO, А120з, Li20, Zr02, Ti02, LiA102 и А12з027Ы5 [1,2, 3]. В работах [1, 2, 3J также приведены данные о наличии заряженных точечных дефектах, не связанных с кислородом, там же можно найти и ссылки на соответствующие экспериментальные и теоретические работы. Одним из ярчайших экспериментальных подтверждений наличия заряженных точечных дефектов в диэлектриках является работа [4], в которой сообщается об экспериментальном наблюдении влияние внешнего электрического поля на зарождение дислокационных петель. Эта замечательная экспериментальная работа является доказательством того факта, что наличие в диэлектриках заряженных точечных дефектов приводит к новым эффектам и явлениям, не имеющим аналогов в металлах.

Глава
НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ДИСЛОКАЦИОННЫХ ПЕТЕЛЬ В ОБЛУЧАЕМЫХ ДИЭЛЕКТРИКАХ.
3.1 Кинетика накопления заряда на дислокационных петлях в облучаемых диэлектриках за счет выбивания электронов.
Керамические материалы предполагается использовать в качестве элементов конструкционных материалов первой стенки будущих термоядерных реакторов, поэтому чрезвычайно важно изучить влияние высокоэнергетичного облучения на изменение микроструктуры и стабильность их физико-механических свойств. Радиационная устойчивость этих материалов определяется скоростью накопления радиационно-индуцированных точечных дефектов в матрице, а также кинетикой образования и роста кластеров точечных дефектов (дислокационных петель, пор и т.д.) в этих материалах. В отличие от металлов в керамических материалах под облучением возможно образование зарядовых состояний на точечных дефектах. Наличие заряда может сильно изменить кинетику зарождения и роста кластеров точечных дефектов в керамических материалах и тем самым изменить их физико-механические свойства.
Предыдущие экспериментальные исследования одного из керамических материалов -стабилизированного иттрием кубического оксида циркония - показали, что этот материал под облучением весьма радиационно стойкий, особенно по отношению к радиационному распуханию [61, 62, 63]. Однако в работах [64, 65, 66] методом просвечивающей микроскопии было обнаружено аномальное образование и рост кластеров дефектов в этом материале при облучении его электронами с энергиями 100-1000 кэВ и потоком
1,5 х 1023 е/м2сек с предшествующим облучением этого материала ионами: 100 кэВ Не+ и 300 кэВ 0+. Вокруг кластеров дефектов наблюдалось образование существенных деформационных контрастов, свидетельствующих о наличии больших упругих напряжений вблизи них, которые увеличивались по мере роста кластеров, достигая максимума при критических размерах порядка 1,0-1,5 мкм. При достижении критического размера кластеры дефектов становились неустойчивыми по отношению к началу пластической деформации и образованию дислокационной сетки вблизи них (см. рис. 3.1).
Изменения микроструктуры и образование кластеров точечных дефектов в облучае-