Введение к работе
Актуальность темы. При воздействии внешних потоков энергии на твердые тела в них происходят структурные и морфологические перестройки, вследствие чего их состояние становится далеким от термодинамического равновесия. Изучение этих структурных изменений и изменений свойств твердых тел является одной из актуальных задач современной физики. Исследования в этой области стимулируются развитием атомной и термоядерной энергетики, а также потребностями в материалах с новыми, заранее заданными свойствами.
Однако, исследование материалов после облучения в реакторе или с использованием ускорителей вызывает затруднение, что связано, в первую очередь, с высокой стоимостью и трудоемкостью таких экспериментов, поэтому, важное значение придается теоретическому анализу возможных радиационных эффектов, в том числе упорядочения радиационных дефектов.
Развитие атомной энергетики привлекло первостепенное внимание к материалам, обеспечивающим нормальное функционирование и защиту ядерных реакторов различного типа. Среди этих материалов видное место занимают керамические материалы, так как обладают радиационной стойкостью близкой к стойкости металлов и сплавов. Керамика не окисляется и устойчива в более высокотемпературной области, чем металлы. В современных технических устройствах керамические материалы способны работать в экстремальных условиях эксплуатации в поле ядерных излучений. Перспективы применения керамических материалов связаны с их механическими, тепловыми и химическими свойствами.
На сегодня остается открытым вопрос, каким образом располагаются радиационные точечные дефекты и дислокации в керамических материалах, поскольку при их создании материалы находятся в условиях, когда могут происходить процессы самоорганизации и образовываться различные упорядоченные структуры радиационных дефектов. В свою очередь наличие таких структур будет влиять на оптические и механические свойства материалов. Поэтому теоретический анализ. параметров, при которых наблюдается формирование упорядоченных дислокационных структур в керамических материалах, является актуальным. При этом рассматриваемая модель этих процессов позволяет предсказать условия и значения критических параметров, при которых формируется определенная дефектная структура материала.
Цель работы. Исследование процесса самоорганизации точечных дефектов и дислокаций, вызывающих образование в неорганических системах под действием облучения различных упорядоченных структур.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнение следующих задач:
1. Анализ процесса радиационного дефектообразования в неорганических
кристаллах, определение управляющих параметров самоорганизации и условий
возникновения неустойчивых состояний при нелинейных процессах.
2. Разработка математической модели упорядочения дислокаций в
кристаллической фазе керамических материалов на основе а-А12Оъ после
нейтронного облучения и оценка периода решетки плотности дислокаций.
3. Получение кинетических уравнений для плотности распределения дислокаций, включающих в себя основные процессы, от которых зависит пространственно-временная самоорганизация дислокационного ансамбля в керамических материалах после воздействия излучения и исследование влияния его на механическую прочность.
Методы исследования. Математическое моделирование нелинейных процессов, качественный анализ устойчивости решений систем дифференциальных уравнений, описывающих нелинейные процессы, по отношению к их малым возмущениям.
Научная новизна.
Выполнено уточнение процесса образования упорядоченной структуры радиационных точечных дефектов, при этом учтено явление рекомбинации дефектов с помощью слагаемого в уравнении для концентрации дефектов типа а, учитывающего время жизни.
Впервые получено аналитическое выражение для критического значения плотности дислокаций, при превышении которого происходят процессы упорядочения дислокаций на поверхности керамического материала и оценен период образующейся структуры.
Предложено использовать кинетическое уравнение, описывающее изменение средней плотности дислокаций с ростом сдвиговой деформации, для описания пространственной эволюции дислокаций в условиях облучения и анализа прочностных свойств керамических материалов.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Облучение в неорганических кристаллах инициирует образование упорядоченной двумерной структуры радиационных точечных дефектов.
-
Модель радиационного упорядочения дислокаций в керамических материалах, основанная на представлениях модели дислокационно-деформационной неустойчивости, адекватно описывает процесс эволюции дислокаций на поверхности образца и позволяет оценить период образующейся структуры.
-
Кинетическое уравнение, описывающее изменение средней плотности дислокаций с ростом сдвиговой деформации, являющееся основой анализа экспериментальных данных, определяет прочностные свойства керамических материалов.
Практическая значимость. При разработке новых керамических материалов и прогнозировании изменения их свойств в экстремальных условиях эксплуатации необходимо учитывать исследованные механизмы образования упорядоченных структур радиационных дефектов.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональных и международных конференциях:
VI региональной научной конференции «Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование» (Благовещенск, 2006);
Региональная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по физике (Владивосток, 2006);
- VIII региональной межвузовской научно-практической конференции
«Молодежь XXI века: шаг в будущее» (Благовещенск, 2007);
VII региональной научной конференции «Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование» (Владивосток, 2007);
International VIII Russian - Chinese Symposium «Modern materials and technologies 2007» (Khabarovsk, 2007);
VIII межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 15-летию Технического института (филиал) ГОУ ВПО «Якутский государственный университет им. М.К. Аммосова» (Нерюнгри, 2007);
VI международной научной конференции «Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах» (Томск, 2008);
X региональной межвузовской научно-практической конференции «Молодежь XXI века: шаг в будущее» (Благовещенск, 2009);
VIII региональной научной конференции «Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование» (Благовещенск, 2009);
International Xtn Russian - Chinese Symposium «Modern materials and technologies 2009» (Khabarovsk, 2009).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 13 статьях, из них 3 - в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание учёной степени кандидата наук.
Личный вклад автора. Все результаты, изложенные в диссертации, получены автором лично или в соавторстве при его непосредственном участии.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю профессору, доктору физико-математических наук Ваниной Елене Александровне за поддержку, внимание и активное участие в подготовке диссертационной работы.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы. Объем диссертации 90 страниц машинописного текста, в том числе 4 рисунка и 3 таблицы. Список цитируемой литературы представлен 105 источниками.
