Диссертация (1024881)
Текст из файла
Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"Федеральное государственное бюджетное учреждение "ГосударственныйНаучный Центр Российской Федерации - Институт Теоретической иЭкспериментальной Физики"На правах рукописиХмелевский Николай ОлеговичАннигиляция позитронов в сплавах железаСпециальность 01.04.07 – физика конденсированного состоянияДиссертация на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:к.т.н. Графутин Виктор ИвановичМосква - 20152ОГЛАВЛЕНИЕСтр.ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………3ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР……………………………..………………91.1.
Структура и свойства аморфных сплавов…………………………..91.2. Электронное строение АМС..………………………………………. 181.3. Электронные свойства переходных металлов..……………………. 251.4. Позитронная аннигиляция в металлах……………………………... 381.5. Развитие метода ПАС……………………………………………….. 581.6. Выводы……………………………………………………………….. 61ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА………………………..……….…… 622.1.
Измерение термоэлектродвижущей силы...……………………....... 632.2. Позитронно-аннигиляционная спектроскопия………………..….... 652.2.1. Угловое распределение аннигиляционных фотонов…………..... 652.2.2. Измерение времени жизни позитрона в среде………………….... 712.3. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия…………….…….. 742.4. Оптимизация эксперимента ПАС..………………………………..... 752.5.
Выводы……………………………………...………………………... 85ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ…………………………….....…… 863.1. Исследование спектров УРАФ металлов группы железа..………... 863.2. Исследование аморфных металлических сплавов……………….... 913.2.1. Исследование АМС методом ПАС......………………………….... 913.2.2.
Исследование АМС методом РФЭС…………………...……….....1003.3. Исследование реакторных сталей…………………........................... 1063.3.1. Исследование методом УРАФ………………………………..…... 1063.3.2. Измерение времени жизни позитронов.………………………….. 1163.4. Выводы……………………………………………………………….. 123ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………….…………. 124СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ…………………………..…..128СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………..….... 1293ВВЕДЕНИЕМетодпозитронно-аннигиляционнойспектроскопииявляетсяинформативным методом исследования электронной и дефектов структуры твердоготела. Для изучения металлов метод активно применяется с 50-х годов ХХ века.
Внастоящее время в связи с улучшением экспериментальной базы расширился спектрзадач, решаемых этим методом. Данная работа посвящена решению двух задач –исследованию электронной структуры аморфных металлических сплавов (АМС) ивлияния пострадиационного отжига на материал швов атомных реакторов.В последнее время большое внимание уделяется исследованию нового классавеществ - уникальное сочетание высоких магнитных, электрических, механических идругих свойств делает перспективным применение АМС во многих отрасляхпромышленности.Аморфные металлические сплавы в последнее время привлекают к себеповышенное внимание исследователей.
Привлекательное сочетание магнитных,механических и электрических свойств делает перспективным применение АМС вэлектротехнике, электронике. Важное применение находят также прочностныесвойства и радиационная стойкость АМС.Исследование трансформаций АМС, происходящих при кристаллизации, ивлияния на них элементного состава и обработки представляет не только научныйинтерес, но имеет серьезное практическое значение.
В первую очередь, этонаправление исследований связано с повышением термической стабильностиаморфных материалов. Немаловажно отметить, что контролируемая частичнаяили полная кристаллизация обеспечивают формирование такой структуры,которая может быть полезной для практических целей. Существенно отличнымиот кристаллизации при отжиге могут быть условия кристаллизации приоблучении. Однако сведения об электронной структуре АМС до настоящего4времени не полны. В литературе встречаются прямо противоположныеутверждения о природе связи в АМС.Радиационная стойкость сталей является серьезной экономической инаучной задачей. Радиационная деградация и распухание сталей являетсяосновнымограничениемпродлениясрокаслужбыатомныхреакторов.Проводятся масштабные исследования возможности проведения повторногоотжига для продления срока службы реакторов ВВЭР 440 в странах бывшегоСССР и Восточной Европы. Позитронно-аннигиляционная спектроскопияпредставляется удобным и информативным методом для решения этой задачи,несмотря на прогресс в конкурирующих методах, таких как электроннаямикроскопия и атомный зонд.Актуальностьисследования.Изучениеэлектроннойподсистемыпереходных металлов и их сплавов на протяжении многих лет привлекаетвнимание исследователей.
Это связано не только с широким применением этихматериалов в технике, но и со сложностью процессов на микроуровне,происходящих в них при изменении фазового и химического состава, привзаимодействии с излучением, при вариации температуры, наложении внешнихполей и т.д. Специфика процессов в электронной подсистеме переходныхэлементов связана с наличием двух групп электронов (s и d оболочек), имеющихблизкие энергии. Это определяет многообразие свойств материалов, какиспользуемых, так и перспективных, а также приводит к определеннымтрудностям при проведении экспериментальных и теоретических исследований.АМС являются перспективными материалами, их потенциал тольконачинает раскрываться. Они обладают уникальными прочностными, магнитнымии электрическими свойствами.
Являются коррозионно и радиационно стойкимиматериалами. В настоящее время они все шире применяются в качествемагнитомягких материалов (сплавы системыFe-Cu-Nb-Si-B, исследуемые внастоящей работе, широко известный композит Fe73.5Cu1Nb3Si13.5 B9, состоящийиз зерен Fe-Si, внедренных в аморфную матрицу). Магнитные и электрические5свойства АМС делают их перспективными для использования в качествемагнитных головок, сердечников. Магнитные свойства металлических аморфныхсплавов оказались на уровне лучших марок электротехнической стали, при этомэти свойства более стойки и стабильны.
Поскольку ожидаемая стоимостьпроизводства в промышленных масштабах металлических стекол даже ниже, чемпермалоев, то применение нового материала обещает существенные выгоды.Силовые трансформаторы с сердечниками из АМС снижают потери в несколькораз, снижают нагрев. Такие трансформаторы используются с 80-х годов, и внастоящее время производство АМС для этих целей составляет десятки тысячтонн не только в США и Японии, но и в Китае и Индии.Важные применения предлагают механические свойства металлическихстекол.
Аморфный сплав в среднем в 5—10 раз прочнее своего кристаллическогоаналога. Распространенный сплав типа Fе80В20 имеет прочность на разрыв 370кгс/мм2 – на порядок прочнее технического железа, вдвое прочнее лучшихлегированных сталей. Эти свойства в настоящее время используются впромышленности — от клюшек для гольфа до хирургического инструмента, откорда для шин до бронебойных снарядов. Ведутся исследования в областиприменения металлических стекол как радиационно стойких и химически стойкихпокрытий, как износостойких покрытий в двигателях и механизмах.Метод позитронно-аннигиляционной спектроскопии (ПАС), начиная спервых работ по аннигиляции позитронов в металлах, оказался весьмаинформативным средством диагностики электронной и дефектной структурыразличных твердых тел. Определение времён жизни позитронов в среде позволяетполучать информацию о размере и концентрации дефектов.
Измерения угловыхраспределений аннигиляционных фотонов (УРАФ) и допплеровского уширенияэнергетических спектров аннигиляционных -квантов позволяют судить обимпульсном распределении электронов, на которых происходит аннигиляция, чтов свою очередь позволяет определять импульс и энергию Ферми, а такжеконцентрацию электронов в зоне проводимости. Основываясь на наблюдениях за6крыльямидопплеровскихспектров,оказываетсявозможнымопределятьхимический (элементный) состав вещества, окружающего позитрон. Однако приинтерпретации спектров УРАФ фактически используется только один параметр –угол отсечки инвертированной параболы.
Информация о других компонентахспектра отбрасывается. В данной работе показано, что интенсивность гауссовыхкомпонент можно использовать для определения заселенности d-оболочекпереходных металлов.В последнее время ПАС широко применяется для исследования облученныхматериалов. В первую очередь это связано с проблемой радиационной деградацииконструкционных материалов. Проводятся исследования новых материалов сприменением ПАС, в том числе аморфных металлических сплавов (АМС).Однако знания о процессах, происходящих в электронной системе сплавовпереходных металлов, не полны, и исследования не составляют полной картины.Цель работы.
Целью данной работы было выявление закономерностейизменений транспортных свойств и дефектных характеристиках аморфныхсплавах FeCu1Nb3Si13.5B9 и FeCr18B15, происходящих под влиянием отжига иионного облучения, методами позитронно-аннигиляционной спектроскопии, атакже под влиянием пострадиационного отжига в реакторных сталях.Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:1. Разработана методика выделения вклада аннигиляции на d-электронахметаллов.2.
Проведены исследования сплавов переходных металлов методами ПАС,рентгеновскойфотоэлектроннойспектроскопии(РФЭС)итермоэлектродвижущей силы (ТЭДС).3. Проанализирована электронная структура аморфных сплавов.4. Определена концентрация и структура дефектов реакторных сталей.Научная новизна работы состоит в следующем:1. предложен новый метод интерпретации спектров УРАФ, основанный навыделении компонент спектра, отвечающих аннигиляции позитронов на7чтоd-электронах,позволяет,какпоказано,диагностироватьизменениязаселенности d-оболочек переходных металлов;2.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
