Анализ и имитационное моделирование процесса термического отжига меди, подвергнутой облучению

• Автор: Гафнер, Светлана Леонидовна
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Абакан
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Введение.
Глава 1. Формирование дефектных структур под действием облучения 1.1 Возникновение дефектов в металлах

при облучении.

1.2 Образование дефектов в высокоэнергетических

каскадах

1.3 Свойства дефектов Френкеля

1.4 Миграция точечных дефектов

и их кластеров.

Глава 2. Моделирование радиационных повреждений в металлах 2.1 Имитация динамики радиационного
воздействия

2.2 стандарт

2.3 Теоретические основы
i i .
2.4 Постановка задачи.
Глава 3. Компьютерный анализ краткой стадии термического отжига
3.1 Методика исследования накапливания
дефектов при ионном облучение металлов
3.2 Описание программы
3.3 Краткая стадия термического отжига
3.4 Исследование анизотропной модели
3.5 Сравнение результатов моделирования
в рамках БЯТ и РВМ моделей.
3.6 Роль концентрации дефектов в каскадной
области.
3.7 Выводы к главе
Глава 4. Моделирование полной стадии термического отжига
4.1 Влияние подвижности вакансий на накапливание
дефектов
4.2 Роль начального вакансионного
распределения
4.3 Влияние границы подвижности междоузельных кластеров 5 на формирование дефектной
микроструктуры
4.4 Выводы к главе
Заключение.
Библиографический список.
Список публикаций по теме.
Приложение
Введение
Вопросы взаимодействия быстрых ионов с тврдыми телами имеют долгую историю, так как подобные взаимодействия давно наблюдались в различных минералах как следствия естественного радиоактивного распада. Большой интерес к данной теме возник в середине х годов с появлением первых атомных реакторов и потребностью объяснять и предсказывать повреждения, которые возникают в материалах под действием облучения 1,2.
Первые попытки качественного объяснения процессов, происходящих при попадании бомбардирующей частицы в кристалл, датируются примерно годом. Создание же точной количественной теории столкнулось с целым рядом трудностей, главная из которых связана с тем, что при описании развития радиационного повреждения возникает проблема взаимодействия многих частиц, разных по своим свойствам. Попытки аналитически оценить различные стадии развития радиационных повреждений предпринимаются до сих пор, но их возможности весьма ограничены .
Необходимо отметить, что взаимодействие дефектов, как правило, проявляется на атомном уровне, и осуществить прямое экспериментальное исследование таких процессов достаточно сложно, хотя экспериментальные методы прямого наблюдения структуры дефектов на атомном уровне получили за последние годы заметное развитие. Более успешным оказалось направление компьютерного моделирования, и именно с ним в настоящее время связывают основные надежды на построение достаточно полной физической картины радиационных повреждений в тврдых телах 5,6.
В основных чертах картина образования дефектов при облучении была получена к г. и с тех пор многие исследования были посвящены деталям. Несмотря на то, что они обсуждаются достаточно долго, окончательного решения для многих из них пока не найдено.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Присутствие значительной фракции междоузельных атомов и их кластеров в модели вакансионного ядра каскада после завершения краткой стадии термического отжига. Результаты проведенного моделирования с учетом смешанной миграции междоузельных кластеров аналогичны моделированию с учтом двухмерной миграции. Глава 1. При описании эффектов облучения должны быть рассмотрены процессы, происходящие в сильно различающихся масштабах времени, такие как процессы столкновений, образование дефектов, их перемещение, реакции между ними, образование дефектных микроструктур и их действие на макроскопические свойства материалов. ГкпЫран К1чгссоЛшом сгоЛлпргсрэддгпатосаНу НЕ. С0 . Рнс. Схематичное, двухмерное изображение каскада в Си, образованного быстрыми нейтронами 7. Первичный спектр передачи энергии какойлибо частицы в твердом теле определяется относительным числом столкновений, в которых передается энергия между Т И ТСТ от первично выбитого атома ПВА другим атомам мишени. ГЛАВА . ФОРМИРОВАНИЕ ДЕФЕКТНЫХ СТРУКТУР ПОД ДЕЙСТВИЕМ ОБЛУЧЕНИЯ
i. Т. В 1. ТУ является полным числом первичных столкновений, а 1оЕ,Т эффективным сечением для частиц с энергией Е передающим энергию Т 7. На рис. МэВ частиц в Си качественно а и количественно Ь. Хотя видно, что тяжелые ионы образуют большее число передач при более высоких энергиях, чем легкие ионы, на рис. В, в то время как для Кгионов аналогичная доля передач энергии формировалась при энергиях менее 0 эВ. Рис. МэВ частиц в Си. Си по отношению к переданной энергии Г7. Если использовать, например, неэкранированный Кулоновский потенциал, вероятность передачи энергии Т изменяется как 1Т2. Для нейтронов ситуация более сложная. Для них первичный спектр передачи энергии приближенно описывается столкновением твердых сфер, для которых вероятность передачи энергии Т не зависит от передаваемой энергии 7. ГЛЛВЛ . ФОРМИРОВАНИЕ ДЕФЕКТНЫХ СТРУКТУР ПОД ДЕЙСТВИЕМ ОБЛУЧЕНИЯ
ской энергии атома, которая соответствует нескольким К 1. Это означает, что тврдое тело рассматривается здесь при экстремальных условиях очень высокая плотность энергии в малой области высокая перенасыщенность дефектами энергия этой высоковозбужднной области может очень быстро передаваться в окружающий кристалл типичное время с. Если передаваемая энергия ниже порогового значения, то смещения не происходит, а приобретнная энергия теряется в тепловых колебаниях. При этом временно повышается энергия узла рештки 8. Наряду с основными свойствами индуцированных облучением дефектов Френкеля важны также реакции следствия, протекающие изза того, что температура материала достаточно высока для того, чтобы дефекты оставались подвижными вследствие термической активации. Поэтому остающиеся в конце каскада дефекты могут распространяться в кристалл посредством термически активируемой диффузии и накапливаться в форме соединений, таких как, например, поры или уплотнения, что может вести к образованию волн на поверхности материала 9. Френкелевская пара является наиболее простым дефектом и образуется, например, при облучении металлов электронами с энергиями свыше 1 МэВ. Изза большого различия в массах между электроном и атомом рештки этой энергии достаточно только для того, чтобы выбить тяжлый атом металла со своей позиции. Важные детали этого процесса стали понятными на основе моделирования методами молекулярной динамики и, в частности то, что разделение вакансии и междоузельного атома происходит в результате дополнительных столкновений, так что междоузельный дефект образуется не первым выбитым атомом, а последним атомом в этой серии столкновений. Рис. Образование фрснкслевской пары ГЦК металле 1. ГЛАВА 1. Стабильная френкелевская пара образуется только в случае, если вакансия и междоузлие достаточно далеко удалены друг от друга рис. Рис. Си. УТ для других частиц Кс и Кг роятности 1УТ, которая изображена вычислены с учетом электронных возбуждений 7 для некоторых частиц на рис. Для образования дефектов более важным считается не число передач энергии частицами, а доля дефектов и энергия повреждения, образованная при подобной передаче энергии. Т1а1ТЕ0Т,
1.