Математическое моделирование процессов миграции смешанных дефектов в металлах

• Автор: Григорьева, Вера Владимировна
• Шифр специальности: 05.13.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 150 с.

Содержание
Введение
Глава 1 Проблема газопроницаемости металлов (аналитический обзор)
1.1. Дифференциальные законы и классические уравнения диффузии
1.2. Феноменологическое описание механизмов диффузии атомов в кристаллической решетке
1.3. Роль неравновесных дефектов в механизме диффузии. Анализ зависимости коэффициента диффузии от температуры
1.4. Диффузия водорода в металлических мембранах (обзор)
Глава 2 Компьютерное моделирование процессов диффузионной газопроницаемости в металлических мембранах
2.1. Оценка влияния вакансионных ловушек на коэффициент диффузии в условиях локального квазистационарного равновесия при действии постоянного радиационного облучения
2.2. Изотопы водорода и гелия в бериллии
2.3. Моделирование процессов миграции и поглощения водорода в металлической мембране на фоне вакансий
2.4. Моделирование процессов диффузии и растворения трития в бериллиевых мембранах на фоне кислородных и вакансионных ловушек
Глава 3 Реальный кристалл как дефектодинамическая система
3.1. Моделирование совместной миграции и растворения изотопов водорода и гелия в металлической мембране
3.2. Вклад в математическую модель конкурентного механизма миграции и растворения Н и Не в мембране

3.3. Описание вероятностной модели реакционно-диффузионного типа конкурентной диффузии гелия и водорода
3.4. Анализ результатов численных экспериментов в задаче о совместной диффузии гелия и водорода
3.5. Анализ результатов численных экспериментов в задаче о совместной диффузии гелия и водорода: временные развертки концентрационных профилей
3.6. Миграция и растворение гелия и водорода в активной среде с кислородными и вакансионными ловушками
Заключение
Литература

Введение
Актуальность проблемы. Изучение поведения изотопов водорода и гелия в металлах занимает особое место в теоретических и прикладных исследованиях. Вопросы об их подвижности, проницаемости, транспорте и растворимости в металлических конструкциях интенсивно исследуются при решении разнообразных научно-технических задач. Достаточно упомянуть задачи водородной энергетики, защиты материалов от водородной коррозии, проектирования химических реакторов, ракетостроения, вакуумной техники и технологии.
Начало этих исследований относится к шестидесятым годам прошлого
века. Т. Грэхем (1866 г.), Л. Кайете (1868 г.) обнаружили способность
водорода проникать через железные и палладиевые перегородки, см. [43],
[40]. Около ста лет они осуществлялись в основном специалистами в области
физической химии и коррозии металлов. Впервые радиационные
повреждения материалов привлекли к себе пристальное внимание при
создании и эксплуатации первых атомных реакторов. При инженерном
освоении термоядерных реакторов (ТЯР) важной является проблема выбора
конструкционных материалов, особенно для первой стенки плазменной
камеры - бланкета. При длительном воздействии высоких доз радиации на
конструкционные материалы атомных и термоядерных энергетических
установок наблюдались такие явления, как радиационное распухание,
блистеринг, питтинг, радиационная ползучесть и радиационное упрочение.
Газовые продукты ядерных реакций, накапливаясь в кристаллической
решетке или объединяясь в поры, могут вызвать газовую пористость, газовое
распухание, радиационно и термически стимулированные перестройки
кристаллических структур в конструкционных материалах ТЯР, появление

®А]ив1 = В А 1 +
А Су)
(1.3.1)

В различных реальных ситуациях отношение АСГ/Су может быть существенно различным как по величине, так и по стабильности во времени. С течением времени избыточные вакансии должны исчезать в стоках. Если характерное расстояние между стоками в диффузионной зоне равно /, то время жизни избыточной вакансии до поглощения ее стоком
где коэффициент прилипания вакансии к стоку к зависит от типа стока, от температуры и величины пересыщения. В реальных условиях величина к может оказаться существенно меньше единицы. В области высоких температур, где Д = 1 (Г5-10-*5см1 /с при к-1 и / «КГ4 порядок ту равен
10“3 — 10 2 с. Эта оценка показывает, что избыточные вакансии могут повлиять на диффузионный процесс, если их концентрация искусственно поддерживается, что возможно лишь в динамическом режиме рождения и исчезновения вакансий в условиях самосогласованного действия их источников и стоков.
В динамическом режиме вакансии могут существовать в условиях длительного облучения кристалла нейтронами, у -излучением, осколками ядер. Особенность этой ситуации состоит в том, что синхронно с вакансиями возникают и межузельные атомы и исчезновение избыточных вакансий происходит не только в неподвижных стоках, но и вследствие их рекомбинации с межузельными атомами. Временная зависимость концентрации вакансий определяется, главным образом, конкуренцией процессов накопления вакансий под влиянием облучения и исчезновения их
в стоках. Пусть Зу - скорость образования вакансий, пропорциональная