Введение к работе
Актуальность проблемы. Расширение исследований в области физики радиационных явлений и радиационного материаловедения остается одной из важнейших задач стран, использующих атомную энергию. Обеспечение безопасности, надежности и экономичности использования ядерных реакторов, освоение реакции термоядерного синтеза, решение многих задач космической техники невозможны без серьезного углубления знаний процессов взаимодействия излучений с веществом и самих механизмов дефектообразования.
Использование метода математического моделирования, ядерно-физических методов дало обширную информацию об основных механизмах возникновения смещений, о развитии каскадов, диффузии, аннигиляции и агломерации точечных дефектов при различных видах облучения. Однако полученных данных еще недостаточно для объяснения физической природы радиационных явлений и решения задачи создания конструкционных материалов. Необходимо дальнейшее расширение исследований по физике радиационных повреждений и радиационному материаловедению. Наряду с изучением влияния облучения на микроскопические свойства материалов, особую актуальность приобретают теоретические и экспериментальные исследования на атомном уровне влияния природы связей, типа кристаллической решетки, примесей, структурно-фазового состояния на первичные процессы радиационной повреждаемости, на зарождение и эволюцию дефектной и фазовой структур материалов при различных видах облучения.
Бурный рост вычислительных средств, происходящий в последнее время, делает ЭВМ - эксперимент одним из удобных и перспективных методов исследования свойств дефектных материалов, способствует изучению многих процессов дефектообразования, исследование которых
обычными экспериментальными методами затруднено в силу их скоротечности. В частности это касается и вопроса определения пороговых энергий устойчивых атомных смещений (ПЭС или Ej) и замещений (Ег), с помощью которых производят оценку степени повреждения, рассчитывают повреждающие дозы в многокомпонентных сплавах, используемых в ядерных и в будущем термоядерных установках.
Одним из основных методов ЭВМ-эксперимента при изучении процессов образования и поведения дефектов в облученном материале является метод молекулярной динамики, который основывается на решении уравнений механики Ньютона для совокупности взаимодействующих атомов, образующих модельный кристаллит. Для решения этих вопросов необходимы вычислительные программы, позволяющие исследовать все вышеуказанные процессы в материалах.
Цель работы. Целью настоящей работы является изучение процессов атомных смещений и замещений в многокомпонентных материалах, на примере хромоникелевой стали, ванадиевых сплавов и упорядоченного сплава ТІ3АІ.
В связи с этим были поставлены основные задачи исследования:
пороговой энергии образования стабильных атомных смещений в многокомпонентных сплавах;
основных механизмов разупорядочения в упорядоченном сплаве
ТізАІ;
- цепочек атом-атомных соударений, возникающих при облучении и
их влияние на угловую зависимость пороговой энергии стабильных атомных смещений. Научная новизна результатов. В работе впервые: 1. Рассчитана угловая зависимость ПЭС в чистом ванадии и его сплавах: V-Cr, V-Mo, V-Ti-Сг.
-
Выявлена зависимость ПЭС от концентрации атомов замещения в ванадиевых сплавах.
-
Подобран потенциал межатомного взаимодействия для сплава ТізАІ, рассчитаны энергия образования вакансии, угловая зависимость ПЭС и определены основные механизмы разупорядочения данного сплава.
-
Определена угловая зависимость ПЭС для основных элементов и широкого класса примесей внедрения хромоникелевои стали.
-
Проанализированы процессы формирования цепочек атом-атомных соударений в исследуемых сплавах.
-
С использованием полученной угловой зависимости Ej рассчитаны dpa при различных нейтронных спектрах облучения.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
-
Выявленная зависимость пороговой энергии смещения от концентрации атомов замещения и расчеты повреждающих доз для многокомпонентных систем с использованием угловой зависимости Ej, могут использоваться при создании конструкционных материалов для ИТЭР.
-
Результаты расчетов угловой зависимости величины Ej позволят надлежащим образом ориентировать модифицирующие пучки и регулировать их энергию, чтобы сформировать заданные дефектные структуры.
-
Изученные атомные механизмы разупорядочения и расчеты пороговой энергии замещения могут быть использованы при прогнозировании структурных изменений в сплаве ТізАІ под действием облучения
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Результаты расчетов угловой зависимости пороговой энергии
атомных смещений в хромоникелевои стали, ванадиевых сплавах и
упорядоченном сплаве Ті3А1.
-
Результаты исследования формирования цепочек атом-атомных соударений, для которых установлено, что цепочки замещающих соударений, сфокусированные вдоль основных кристаллографических направлений, имеют локальные минимумы ПЭС. Пороговая энергия резко возрастает при переходе из одной такой цепочки в другую.
-
При сравнении результатов расчета для чистых металлов и их сплавов установлено, что средняя ПЭС возрастает с увеличением концентрации атомов замещения.
-
Результаты расчета пороговой энергии замещения в бинарном сплаве ТізАІ и выявленные основные механизмы разупорядочения, которые способствуют определению значительного изменения свойств упорядоченного сплава под действием радиационного облучения.
Апробация результатов. Основные результаты диссертации докладывались на III и IV Межгосударственных семинарах «Структурно-морфологические основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий» (г. Обнинск, 1995, 1997 гг.), на VI и VII Межгосударственных конференциях «Радиационная повреждаемость и работоспособность конструкционных материалов» (г. Белгород, 1995, 1997 гг.), на VI Межнациональном совещании «Радиационная физика твердого тела» (г. Севастополь, 1996 г.), на III Международной научной конференции «Математические модели нелинейных возбуждений, переноса, динамики, управления в конденсированных системах и других средах» (г. Тверь, 1998 г.).
По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоится из введения, пяти глав, заключения, приложения и содержит 141 страницу, 25 рисунков, 15 таблиц и список цитированной литературы, содержащий 170 библиографических ссылок.
