Пострадиационное упорядочение дефектов в неорганических системах (стр. 1 )

На правах рукописи

ВЕСЕЛОВА ЕЛЕНА МИХАЙЛОВНА

пострадиационное упорядочение дефектов

в неорганических Системах

01.04.07 – физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Благовещенск – 2010

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Амурский государственный университет»

Научный руководитель:	доктор физико-математических наук, профессор
Официальные оппоненты:	заслуженный деятель науки РФ, доктор физико-математических наук, профессор кандидат физико-математических наук, Ян Дмитрий Тхякбонович
Ведущая организация:	ГОУ ВПО «Благовещенский государственный педагогический университет», г. Благовещенск

Защита состоится «7» декабря 2010 года в 13-30 на заседании диссертационного совета ДМ 218.003.01 в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» , ауд. 3525 (конференц-зал второго учебного корпуса).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения».

Автореферат разослан « » ноября 2010 года

Ученый секретарь

диссертационного совета ДМ 218.003.01,

кандидат технических наук

Общая характеристика работы

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 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 , 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.

1. Облучение в неорганических кристаллах инициирует образование упорядоченной двумерной структуры радиационных точечных дефектов.

2. 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.

3. 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. » (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.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследований, анализируется современное состояние работ в этом направлении и определяются цели и конкретные задачи, которые предполагается решить в работе.

В первой главе приводится литературный обзор данных по радиационному дефектообразованию в твердых телах, а также анализ работ различных научных школ по теории самоорганизации.