Структурные превращения в аморфном металлическом сплаве под воздействием потоков высокоэнергетических ионов и нейтронов (1104918)
Текст из файла
Московский государственный университетимени М.В. ЛомоносоваФизический факультетНа правах рукописиГолубок Дмитрий СергеевичСТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В АМОРФНОМ МЕТАЛЛИЧЕСКОМ СПЛАВЕПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ПОТОКОВ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ИОНОВ ИНЕЙТРОНОВСпециальность 01.04.07. – физика конденсированного состоянияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2007Работа выполнена на кафедре физики твердого тела физического факультета МосковскогоГосударственного Университета имени М.В.Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор А.А.НоваковаОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор Е.Ф.Макаровдоктор физико-математических наук,профессор А.М.ГлезерВедущая организация:Московский инженерно-физическийинститутЗащита состоится «__» __________ 2007 г. в ___ часов на заседании диссертационногосовета К501.001.02 в Московском государственном университете им.
М.В.Ломоносова поадресу: 119992 ГСП-2, г. Москва, Ленинские горы, МГУ, физический факультет,аудитория ____.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им.М.В.Ломоносова.Автореферат разослан «___» ________2007 года.Ученый секретарьдиссертационного советакандидат физико-математических наукИ.А.Никанорова2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыИзучение структурных превращений в таких неравновесных системах, какаморфные металлические сплавы, при их облучении потоками заряженных частиц,способных инициировать различные процессы атомной перестройки за счет передачиэнергии бомбардирующих частиц атомам твердого тела, представляет собой большойинтерес с двух точек зрения. Во-первых, для радиационной физики твердого тела имеетфундаментальное значение изучение процессов, ответственных за структурно-фазовыепревращения в аморфных материалах, известных своей радиационной стойкостьювследствие отсутствия в них дальнего порядка.
Во-вторых, механизм передачи энергии(упругое или неупругое взаимодействие, ионизация) можно целенаправленно изменятьпутем выбора типа и энергии облучающих частиц, что открывает широкие перспективыиспользования радиационного воздействия, как инструмента технологической обработки.Помимо этого, для создания надежно работающих энергетических ядерныхреакторовчрезвычайноважныисследованияпорадиационнойстойкостиконструкционных материалов к облучению нейтронами.Действие нейтрона при столкновении с атомами мишени заключается либо вобразовании атома отдачи с большой энергией (часто десятки или сотни тысяч вольт),либо атома-осколка, возникшего при ядерном превращении или расщеплении. Атомыотдачи в большинстве случаев будут иметь заряд, так как часть их электронов теряетсяпри столкновении.
Поэтому можно начинать изучение радиационных воздействий срассмотрения действия, производимого атомом отдачи, т. е. тяжёлой заряженнойчастицей. В таком случае воздействие нейтронной радиации принципиально неотличается от действий, непосредственно производимых тяжёлыми заряженнымичастицами. Другими словами, и здесь решается проблема прохождения тяжёлойзаряженной частицы через твёрдое тело.Вариация контролируемых параметров облучения, таких как энергия, поток ионов,температура образца, открывает большие возможности для получения принципиальноновых материалов с необходимыми свойствами. В случае аморфных металлическихсистем такая технологическая обработка может изменить их свойства на микро-, нано- иатомном уровне.
Тем самым, получение новых материалов с индивидуальными, причемнастроенными под определенные технические условия свойствами, можно рассматриватькак новый тип нанотехнологий.Цель работыИсследование изменений структурного состояния аморфного сплава Fe77Ni2Si14B7после облучения высокоэнергетическими ионами и нейтронами.Научная новизна:Впервые проведены экспериментальные исследования изменения структурного имагнитного состояния аморфного сплава вдоль траектории прохождения иона облучениядо полной его остановки методом селективной по глубине конверсионноймессбауэровской спектроскопии.Экспериментально выделены и оценены вклады упругих и неупругихвзаимодействий высокоэнергетических ионов и нейтронов вдоль их треков в структурнуюперестройку в аморфном сплаве.Впервые была обнаружена в приповерхностном слое аморфного металлическогосплава в результате облучения медленными нейтронами, кристаллизация с образованиемдендритных структур размерами порядка 50-1000 нм.3Практическая ценность:1.
Соединение теоретического представления и математических расчетов сэкспериментальными исследованиями воздействия высокоэнергетическихионов и нейтронов на аморфные металлические сплавы.2. Впервые выявлены и проанализированы структурные превращения вдоль трекаионов облучения в аморфном сплаве.3. Впервые выявлено дендритообразование в приповерхностной области сплава врезультате ядерной реакции захвата медленных нейтронов ядрами атома В сиспусканием α − частиц с энергией Е=2,79 МэВ.Основные положения, вынесенные на защиту:1. Экспериментальное исследование структурных изменений в аморфном сплавевдоль трека ионов облучения. Разделение влияния упругих и неупругихвзаимодействий.2. Изменение структурного состояния по толщине аморфного сплава взависимости от энергии ионов облучения.3.
Рост дендритных структур в приповерхностной области аморфного сплава,индуцированный ядерной реакцией захвата медленных нейтронов ядрамиатомов бора.Апробация работы:Результаты работы доложены на международных и российских конференциях:1. VIII Международная конференция «Мессбауэровская спектроскопия и ее применения»(2002г., Санкт-Петербург, Россия).2. International Symposium on Metastable, Mechanically Alloyed and Nanocrystalline Manerials(2002г., Сеул, Южная Корея).3.Международная конференция «Физика электронных материалов» (2002г., Калуга,Россия)4. IV Национальная конференция по применению рентгеновского синхротронногоизлучений, нейтронов и электронов для исследования материалов (РСНЭ) (2003 г.,Москва, Россия).5.
XII Международное совещание «Радиационная физика твердого тела» (2003 г.,Севастополь, Украина).6. 14th International Conference on Solid Compounds of Transition Elements (2003, Линц,Австрия).7. XV Международное совещание «Радиационная физика твердого тела» (2005 г.,Севастополь, Украина).8. Международный семинар «Структурные основы модификации материалов методаминетрадиционных технологий» (2005, Обнинск, Россия).9. ХIV Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых«Ломоносов 2007» (2007, МГУ Москва, Россия)Публикации: основные результаты работы опубликованы в 12 печатных работах:5 статьях и 7 тезисах докладов на международных и всероссийских конференциях.Структура и объем работы: диссертационная работа изложена на 140 страницахмашинописного текста, включая 41 рисунка и 17 таблиц, и состоит из введения, четырех4глав, выводов, списка литературы из 120 наименований.
Работа выполнена на кафедрефизики твердого тела физического факультета МГУ им М.В. Ломоносова.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность исследований, формулируется цельдиссертационной работы, отмечается научная новизна и практическая ценностьполученных результатов. Здесь же приводятся основные положения, выносимые назащиту.В первой главе приведен обзор и анализ литературных данных по темедиссертации.
Параграф 1.1. обзора посвящен структуре и свойствам аморфных сплавов.Особенности фазовых превращений в аморфных сплавах при нагреве описаны впараграфе 1.2. Параграф 1.3. посвящен обзору экспериментальных работ по влияниюоблучения на структуру и свойства аморфных сплавов. В параграфе 1.4.
сформулированыпоставленные физические задачи исследования.Во второй главе приведены данные об исследуемых образцах, описана методикавыполненных экспериментов.Исследовался аморфный сплав Fe77Ni2Si14B7, который был получен в виде лентытолщиной 20 мкм и шириной 20 мм методом спиннингования. Все дальнейшиеисследования, а также облучение образцов проводились с внешней (не примыкающей кбарабану) стороны аморфной ленты.Облучение высокоэнергетическими ионами 40Ar, 84Kr, 131Xe, 209Biобразцоваморфного сплава проводилось в вакууме (6*10-2Па) при комнатной температуре наускорителе У-400 Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н.Флерова ОИЯИ (Дубна). Всенеобходимые для расчетов характеристики этих ионов приведены в Таблица 1.
Ионныйпучок имел однородное распределение по площади образца. В течение облученияпроизводилось охлаждение подложки образца. Дополнительно были облучены образцыаморфного сплава ионами Xe, Bi через фольгу нержавеющей стали, толщиной 13 мкм.Таблица 1. Характеристики ионов облучения.ПорядковыйИонАтомная массаномер40Ar184084Kr3684131Xe54131209Bi83209ЭнергияE, МэВ155253372710ПотокФ, ион/см24⋅10124⋅10124⋅10124⋅1012Помимо этого, было проведено облучение образцов данного сплава на импульсномреакторе быстрых нейтронов ИБР-2 Лаборатории нейтронной физики им.И.М.ФранкаОбъединенного института ядерных исследований.
Облучение проводилось на установке“РЕГАТА” на канале с пневмопочтой. В таблице 2 представлены энергии E n нейтронов,замеренные в канале облучения реактора ИБР-2, флюенсы облучения Φ n × t взависимости от диапазона энергии нейтронов, сечение дефектообразования на быстрыхнейтронах σ d , а также рассчитанная доза повреждений Dnfast = σ d × Φ nfast × t длянейтронов с E nfast > 0,1 МэВ.5Таблица 2.
Характеристики нейтронов, замеренные в канале облучения реактора ИБР-22ТипЭнергия,Φ n × t , × 1017 нDnfast × 10 −5 ,σ, сна × смd2нейтроновнE n , эВсмснаTherm170,01 ÷ 0,45ТепловыеФ= 2,1 × 10Резонансные0,45 ÷ 10Быстрые105 ÷ 2,0 × 10 75nRe sonФn= 4,7 × 1017ФnFast = 1,8 × 1017--(2 ÷ 4) × 10 −223,6 ÷ 7,2При взаимодействии медленных (тепловых) нейтронов с веществом, кроме упругихстолкновений могут происходить еще и неупругие, а именно: захват нейтронов атомамиэтого вещества, вероятность которого для каждого элемента характеризуется сечениемзахвата (см.табл.3).Таблица 3.Сечения захвата нейтронов*σ captureи сечение упругого рассеянияσ d нейтронов ядрами химических элементов, входящих в состав аморфногосплава Fe77Ni2Si14B7 [5].ЭлементСечение упругогорассеяния, σ d (барн)FeNiSi10 5+B11,3517,81,992-Сечение захвата*(барн)нейтрона, σ capture2,564,490,1713837Рентгеновские измерения проводились на дифрактометре с вращающимся анодом«Rigaku Geigerflex D/max-RC»(12 kW) в геометрии Брегга-Брентано со скоростью0,020/мин в диапазоне углов по 2θ от 50 до 1400 с использованием графитовогомонохроматора на излучении CuKα (λ=1,54 А).Эксперименты по снятию мессбауэровских спектров были проведены в 2-хгеометриях.
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}
