Разработка метода аннигиляции позитронов для контроля дефектной структуры в системах металл-водород

• Автор: Лаптев, Роман Сергеевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 129 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ МИКРОСТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ В МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ ПРИ НАСЫЩЕНИИ ВОДОРОДОМ
1Л Влияние водорода на структуру и свойства металлов и сплавов
1.2 Взаимодействие атомов водорода с дефектами кристаллического строения
1.3 Использование метода электрон-позитронной аннигиляции для исследования систем металл-водород
1.3 Л Физические основы метода электрон-позитронной аннигиляции .
1.3.2 Экспериментальная реализация метода электрон-позитронной аннигиляции
1.3.3 Особенности применения метода электрон-позитронной аннигиляции для исследования и контроля дефектов в системах металл-водород
1.4 Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ СТРУКТУРНЫХ ДЕФЕКТОВ В СИСТЕМАХ МЕТАЛЛ-ВОДОРОД МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОННОЙ АННИГИЛЯЦИИ
2.1 Разработка цифрового спектрометрического комплекса для исследования и контроля дефектов методом электрон-позитронной аннигиляции
2.2 Схема спектрометрического комплекса
2.3 Сбор и обработка сигналов с детекторов
2.3.1 Модуль временного распределения аннигиляции позитронов.
2.3.2 Модуль доплеровского уширения аннигиляционной линии
2.4 Определение рабочих характеристик и настройка спектрометрического комплекса
2.5 Выводы
ГЛАВА 3. АПРОБАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРНЫХ ДЕФЕКТОВ В СИСТЕМЕ МЕТАЛЛ-ВОДОРОД
3.1 Материал и методы исследования
3.1.1 Материал исследования
3.1.2 Наводороживание из газовой среды
3.1.3 Определение абсолютной концентрации водорода
3.1.4 Рентгеноструктурный анализ и растровая электронная микроскопия
3.1.5 Исследование временного и импульсного распределения аннигиляции позитронов
3.2 Исследование временного и импульсного распределения аннигиляции позитронов в титановом сплаве ВТ 1-0 после высокотемпературного вакуумного отжига
3.3 Исследование временного и импульсного распределения аннигиляции позитронов в титановом сплаве ВТ 1-0 после наводороживания
3.4 Определение структуры и концентрации вакансионных и водород-вакансионных комплексов в титановом сплаве ВТ 1-0 после наводороживания
3.4.1 Определение размера вакансионных комплексов
3.4.2 Определение количества атомов водорода, связанных с моновакансиями
3.4.3 Расчет концентрации вакансионных и водород-вакансионных комплексов
3.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Исследование и контроль систем металл-водород имеет ряд специфических особенностей, связанных с высокой диффузионной подвижностью водорода в металлах и сплавах и его высокой реакционной способностью - возможностью образования сложных комплексов, в которые входят дефекты вакансионного типа, примесные атомы, дислокации, собственные междоузельные атомы, а также границы зерен [1-5]. Кроме того, водород не только активно взаимодействует с уже имеющимися структурными дефектами, но и индуцирует образование большого количества новых дефектов [6-11]. Причем, природа водород-индуцированных дефектов и механизм их образования еще не до конца изучены.
Перспективным ядерно-физическим методом исследования и контроля структурных дефектов в системах металл-водород является метод электрон-позитронной аннигиляции (ЭПА). Эффективность использования метода ЭПА для исследования систем металл-водород была продемонстрирована в работах авторов: P. Hautojarvi, S. Linderoth, R. Nieminen, К.П. Арефьев, A.M. Лидер, И.П. Чернов, J. Cizek, I. Prochazka, W. Anwand, Wang Xiaogan, M. Puska и др. Актуальными вопросами, которые можно решать с помощью метода ЭПА, являются исследование механизмов и контроль динамики возникновения, превращения и исчезновения дефектов при насыщении водородом [12]. Метод анализа временного распределения аннигиляции позитронов (ВРАП) позволяет определять тип дефектов, отслеживать динамику изменения концентрации и размеров дефектов при водородном насыщении. Исследование импульсного распределения методом спектрометрии доплеровского уширения аннигиляционной линии (ДУАЛ) позволяет получать информацию о качественном изменении структуры материала, фазовых переходах, а также химическом составе в местах аннигиляции позитронов [13]. Одновременное использование данных экспериментальных методик позволит получить наиболее полные качественные и количественные данные о дефектной структуре
2. Временное разрешение спектрометра для анализа временного распределения аннигиляции позитронов должно быть не хуже чем временное разрешение, действующих установок, применяемых для исследования дефектов в системах металл-водород (< 250 пс).
3. Для исследования дефектной структуры многокомпонентных матриц (например, комплексных гидридов) необходимо иметь возможность исследовать химическое окружение в месте аннигиляции позитронов.