The object of research, development or design (in Russian) : Радиационные эффекты в твердых телах, эффекты поверхности при облучении, керамические материалы для ядерно-физических приложений, нанокомпозитные материалы

The object of research, development or design (in Kazakh) : Қатты денелердегі радиациялық әсерлер, сәулелену кезіндегі беттік әсерлері, ядролық-физикалық қосымшаларға арналған керамикалық материалдар, нанокомпозиттік материалдар

Aim of work (in Russian) : Количественное исследование механизмов образования дефектов и анализ имеющихся микроструктурных данных по радиационной стойкости в материалах для приложений ядерной энергетики и электроники на основе нитридов и оксидов по отношению к воздействию тяжелых ионов высоких энергий, моделирующему облучение осколками деления.

Aim of work (in Kazakh) : Ақаулардың пайда болу механизмдерін сандық зерттеу және бөлініс жарықшақтарымен сәулеленуді модельдейтін жоғары энергиялы ауыр иондардың әсеріне қатысты атом энергетикасы мен электроникада қолдануға арналған нитридтер мен оксидтер негізіндегі материалдардағы радиацияға төзімділік бойынша қолда бар микроқұрылымдық деректерді талдау

Методы исследования (на русском) : В проекте использовалась Монте-Карло (МК) модель возбуждения электронной подсистемы материалов, описывающая пролет иона через вещество и создание быстрых δ-электронов, распространение электронов и последующие каскады ионизации, перераспределение валентных дырок, Оже и излучательные распады дырок глубоких оболочек. В используемой МК модели сечения рассеяния электронов и дырок на электронной и ионной подсистемах мишени рассчитываются в рамках формализма динамического структурного фактора. Процессы эмиссии электронов с поверхности учитывались в приближении потенциального барьера на границе раздела сред. В рамках Монте-Карло модели были рассчитаны распределение скоростей атомов мишени, а затем эти распределения были использованы для описания кинетики релаксации решетки материала с помощью классической молекулярной динамики (пакет LAMMPS). Структура треков быстрых тяжелых ионов анализировалась с помощью методов статистической физики и кристаллографии: дислокационный анализ DXA (Dislocation analysis), моделирование рентгеновской дифракции, координационный анализ и т.д.

Методы исследования (на казахском) : Жобада ионның зат арқылы өтуін және жылдам δ-электрондардың пайда болуын, электрондардың таралуын және кейінгі ионизация каскадтарын, валентті кемтіктің қайта таралуын, Оже және терең қабықтардың кемтіктерінің радиациялық ыдырауын сипаттайтын Монте-Карло (МК) материалдардың электронды жүйешесінің қозу моделі қолданылды. Пайдаланылған MK моделінде үлгінің электронды және иондық жүйешелеріндегі электрондар мен кемтіктердің шашырау қимасының модельдері динамикалық құрылымдық фактордың формализмі аясында есептелді. Беткі қабаттағы электрондардың эмиссия процестері ортаның интерфейсіндегі потенциалдық тосқауылдың жуықтауында ескерілді. Монте-Карло моделінде үлгі атомдарының жылдамдықтарының таралуы есептелді, содан кейін бұл үлестірімдер классикалық молекулалық динамиканы (LAMMPS пакеті) қолдана отырып материал торының релаксация кинетикасын сипаттау үшін қолданылды. Жылдам ауыр иондар тректерінің құрылымы статистикалық физика және кристаллография әдістерімен талданды: DXA (Dislocation analysis) дислокациялық талдауы, рентгендік дифракцияны модельдеу, үйлестіру талдауы және т.б.

Obtained results and novelty (in Russian) : В 2023 году в рамках выполнения проекта проведено исследование дефектной структуры вблизи поверхности и интерфейсных слоев в неоднородных системах различной геометрии для различных параметров облучения. Показано, что возбуждение нанокристаллических твердых тел ионами приводит к необычным структурным эффектам: росту зерен за счет термически активированных миграции границ и вращения зерен, фрагментации зерен и росту зерен за счет значительного разупорядочения и последующей рекристаллизации. Исследована кинетика возбуждения нанокластеров при различных потерях энергии ионов и определены пороги различных эффектов. В результате исследования впервые изучена зависимость теплопроводности различных диэлектриков от флюенса ионов с помощью численных методов без подгоночных параметров. Изучено влияние различных областей трека, а также влияние поверхностных эффектов, на деградацию теплопроводности после облучения. Наиболее интересным результатом работы является то, что сильно поврежденное ядро трека с малыми поперечными размерами, наиболее сильно влияет на перенос тепла в таких мишенях. Проведен общий анализ всей полученной информации и интерпретация полученных результатов. Выявлены закономерности образования структурных изменений в материалах различной конфигурации при их облучении тяжелыми ионами высоких энергий.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : 2023 жылы жобаны жүзеге асыру аясында әр түрлі сәулелену параметрлері үшін әр түрлі геометрияда біркелкі емес жүйелердегі беткі қабаттар мен интерфейс қабаттарына жақын аймақтағы ақаулы құрылымға зерттеу жүргізілді. Нанокристалды қатты денелерді иондармен қоздыру әдеттен тыс құрылымдық әсерлерге әкелетіні көрсетілген: термиялық белсендірілген шекаралық қозғалыс және бөлшектердің айналуы, бөлшектердің фрагментациясы арқылы бөлшектің үлкеюі және айтарлықтай реттілігінің бұзылуы мен кейіннен қайта кристалдануы арқылы бөлшектің өсуі. Әр түрлі ионизациялық энергия шығыны кезінде нанокластерлердің қозу кинетикасы зерттелді және әр түрлі әсерлердің шегі анықталды. Зерттеу нәтижесінде әр түрлі диэлектриктердің жылу өткізгіштігінің иондық флюенске тәуелділігі бейімделу параметрлерінсіз сандық әдістерді қолдана отырып алғаш рет зерттелді. Тректің әртүрлі аймақтарының әсері, сондай-ақ беткі әсерлердің сәулеленуден кейінгі жылу өткізгіштіктің деградациясына әсері зерттелді. Жұмыстың ең қызық нәтижесі ретінде тректің қатты зақымдалған кіші өлшемді ядросы мұндай нысандарда жылуды тасымалдауға қатты әсер ететінін айтуға болады. Алынған барлық ақпаратқа жалпы талдау және алынған нәтижелерді түсіндіру жүргізілді. Жоғары энергиялы ауыр иондармен сәулелену кезінде әртүрлі конфигурациялы материалдардағы құрылымдық өзгерістердің пайда болу заңдылықтары анықталды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Получены новые данные, описывающие механизмы формирования повреждений в сложно-структурированных и композитных мишенях при экстремальном возбуждении, создаваемом облучением быстрыми тяжелыми ионами. Результаты проекта могут быть использованы для прогнозирования долговременной радиационной стойкости и изменения тепловых свойств материалов, облученных осколками деления, а также как основа для создания наноразмерных термоэлектронных устройств с заданными свойствами.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Жылдам ауыр иондармен сәулелену нәтижесінде пайда болатын экстремалды қозу кезінде күрделі құрылымды және композиттік нысандарда зақымданудың пайда болу механизмдерін сипаттайтын жаңа деректер алынды. Жобаның нәтижелері ұзақ мерзімді радиациялық төзімділікті және бөлініс жарықшақтарымен сәулелендірілген материалдардың жылулық қасиеттерінің өзгерісін болжау үшін, сондай-ақ белгілі бір қасиеттері бар наноөлшемді термоэлектрондық құрылғыларды құру үшін негіз ретінде пайдаланылуы мүмкін.

Level of implementation (in Russian) : Нет внедрений

Level of implementation (in Kazakh) : Іске асырулар жоқ

Efficiency (in Russian) : Использованные в проекте методы и подходы показали высокую эффективность при исследовании радиационных повреждений в приповерхностных и интерфейсных областях материалов ядерной энергетики, что позволило выполнить поставленные задачи своевременно и качественно. Полученные результаты могут быть использованы для выявления механизмов формирования повреждений, вызываемых облучением ионов с энергиями осколков деления, в нанокомпозитных твердых телах.

Efficiency (in Kazakh) : Жобада қолданылған әдістер мен тәсілдер атом энергетикасы материалдарының беткі қабаты мен интерфейс аймақтарындағы радиациялық зақымдануды зерттеуде жоғары тиімділікті көрсетті, бұл қойылған міндеттерді уақтылы және сапалы орындауға мүмкіндік берді. Алынған нәтижелер нанокомпозиттік қатты денелерде энергиясы бөлініс жарықшақтарының энергиясындай иондармен сәулелендіруден болатын зақымдану механизмдерін анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін.

Field of application (in Russian) : Ядерная энергетика, конструкционные материалы, наноматериалы, нанотехнологии.

Field of application (in Kazakh) : Ядролық энергетика, конструкциялық материалдар, наноматериалдар, нанотехнологиялар