ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомиться с моделями образования радиационных дефектов.

Облучение приводит к возникновению в кристаллической решетке материалов дефектов, которые получили название «радиационные» («radiation» (англ.) – облучение (рус.)). Такие дефекты оказывают сильное влияние на изменение свойств материалов. Существует несколько моделей образования радиационных дефектов. Так в модели, предложенной в 1955 г. Г.Н. Кинчиным и Р. С. Пизом, предполагалось, что в процессе облучения быстрая налетающая частица передает атомам мишени кинетическую энергию Т. В случае если эта энергия меньше некоторой пороговой величины E_d, называемой энергетическим порогом смещения (пороговой энергией смещения), произойдет лишь изменение частоты колебаний атомов. Если же переданная энергия лежит в интервале E_d < 2E_d, атом смещается из узла решетки, оставляя вместо себя вакансию, а сам переходит в междоузельное положение. Если Т > E_d, первично выбитый атом (ПВА) вызывает дальнейшие смещения, т. е. образуется каскад смещений. Процесс образования каскада прекратится, когда энергия смещенных атомов станет ниже пороговой энергии E_d. Вначале предполагалось, что вся переданная энергия Т_d расходуется на образование дефектов. Позднее было установлено, что на их образование расходуется энергия, переданная в упругих столкновениях. М.Дж. Норджетт, М. Т. Робинсон и И. М. Торренс использовали модель бинарных столкновений при компьютерном моделировании процесса радиационных повреждений. Они обнаружили, что примерно 20 % вакансий, возникших при облучении, занимаются выбитыми атомами, а это привело к появлению коэффициента 0,8 в уравнении Кинчина – Пиза и это выражение известно как TRN-уравнение. В последнее время используется модифицированная модель, учитывающая атермические рекомбинационные процессы, которые протекают во время облучения (так называемая (arc)dpa model). Протекание каскадов столкновений зависит от энергии ПВА. Так, например, в α-железе (металл, являющийся основой сталей) при низких энергиях ПВА образуются вакансии, междоузельные атомы и пара Френкеля, число которых линейно увеличивается с ростом энергии ПВА. Повышение энергии ПВА до 10 кэВ приводит к увеличению объема каскада и изменению его структуры. При энергии ПВА выше нескольких сотен кэВ центральная область каскада обогащается вакансиями (обедненная зона), а его периферия заполняется междоузельными атомами, и каскад может распадаться на субкаскады. Кроме величины энергии ПВА, на эволюцию каскадов оказывает влияние и температура облучения. На распространение каскада оказывают влияние и дефекты (как находившиеся в кристалле ранее, так и образовавшиеся в процессе облучения). В случае облучения сплавов свой вклад вносят и примесные атомы. Эффективность процесса смещения атомов в различных кристаллографических направлениях можно оценить по изменению интенсивности дифракционных линий мишени при облучении.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Беграмбеков, Л. Б. Процессы в твердом теле под действием ионного и плазменного облучения : учеб. пособие / Л. Б. Беграмбеков. М. : МИФИ, 2008. 196 с.

2. Вас, Г. С. Основы радиационного материаловедения. Металлы и сплавы / Г. С. Вас. М. : Техносфера, 2014. 992 с.

3. Иванов, Л. И. Радиационная физика металлов и ее приложения / Л. И. Иванов, Ю. М. Платов. М. : Интерконтакт Наука, 2002. 300 с.

4. Новиков, И. И. Кристаллография и дефекты кристаллической решетки : учеб. для вузов / И. И. Новиков, К. М. Розин. М. : Металлургия, 1990. 336 с.