The object of research, development or design (in Russian) : Объектом исследования является – оксидные керамики ZrO2 – MgO, полученные методом механохимического синтеза.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Зерттеу нысаны ретінде механика-химиялық синтез арқылы алынған ZrO2 – MgO оксидті керамика таңдалды.

Aim of work (in Russian) : Цель проекта заключается в изучении процессов структурной деградации и радиационного распухания материалов инертных матриц типа ZrO2 – MgO при высокотемпературном облучении тяжелыми ионами Kr, Xe и флюенсами 10^10 – 10^15 ион/см^2.

Aim of work (in Kazakh) : Жобаның мақсаты ZrO2 - MgO типті инертті матрицалардың Kr, Xe ауыр иондарымен, флюенстары 10^10 - 10^15 ион/см^2 дейін жоғары температуралық сәулелендіру кезінде материалдарының құрылымдық деградация және радиациялық ісіну процестерін зерттеу болып табылады.

Методы исследования (на русском) : Облучение выбранных образцов ZrO2 – MgO керамик произведено на ускорителе ДЦ – 60 астанинского филиала Института ядерной физики МЭ РК. Характеризация структурных и морфологических изменений, определение наличие микротрещин и их визуализация осуществлена с применением метода растровой электронной микроскопии. Определение фазовых полиморфных превращений в зависимости от флюенса облучения и типа налетающих ионов, а также установление взаимосвязи между типом внешних воздействий и величинами структурных искажений и деформаций, а также деструкции и распухания кристаллической решетки произведено при помощи метода рентгенофазового анализа. Распухание кристаллической структуры определено путем определения величины ΔV/V, по изменению объема кристаллической решетки в зависимости от типа внешних воздействий. Определение прочностных свойств произведено путем оценки изменений твердости керамик с использованием алмазной пирамидки Виккерса до и после облучения, а также вычислению степени размягчения и деградации приповерхностного слоя в зависимости от флюенса облучения. Теплофизические свойства были определены при помощи прибора КИТ – 800 (Москва, Россия).

Методы исследования (на казахском) : ZrO2 – MgO керамикасының таңдалған үлгілерін сәулелендіру Қазақстан Республикасы Энергетика министрлігі Ядролық физика институтының Астана қаласындағы филиалының DC-60 үдеткішінде жүргізілді. Құрылымдық және морфологиялық өзгерістерді сипаттау, микрожарықшалардың бар-жоғын анықтау және оларды визуализациялау сканерлеуші электрондық микроскопия әдісі арқылы жүзеге асырылды. Сәулелену жылдамдығына және түсетін иондардың түріне байланысты фазалық полиморфты түрлендірулерді анықтау, сонымен қатар сыртқы әсерлердің түрі мен құрылымдық бұрмаланулар мен деформациялардың шамасы, сонымен қатар кристалдың бұзылуы мен ісінуі арасындағы байланысты орнатуы рентгендік фазалық талдау әдісі арқылы жүзеге асырылды. Кристалл құрылымының ісінуі сыртқы әсерлердің түріне байланысты кристалдық тордың көлемінің өзгеруіне негізделген ΔV/V мәнін анықтау арқылы анықталады. Сәулеленуге дейін және одан кейінгі беріктік қасиеттері Викерс алмаз пирамидасының көмегімен керамика қаттылығының өзгеруін бағалау, сондай-ақ сәулелену флюенциясына байланысты беткі қабаттың жұмсару және деградация дәрежесін есептеу арқылы анықталды. КИТ-800 (Мәскеу, Ресей) құрылғысының көмегімен термофизикалық қасиеттер анықталды.

Obtained results and novelty (in Russian) : Согласно календарному плану в период с 2022-2024 гг. были проведены экспериментальные работы по высокотемпературному облучению ZrO2 – MgO керамик тяжелыми ионами Kr, Xe при флюенсах 10^10 – 10^15 ион/см^2. Проведены работы по определению кинетики радиационных повреждений при высокотемпературном облучении в зависимости от флюенса облучения и установление механизмов структурной деградации, вызванных накопительным эффектом повреждений, приводящих к деструкции материала. Установлены взаимосвязи между структурной деградацией и радиационным распуханием, вызванным накопительным эффектом радиационных повреждений, с изменением устойчивости к механическим повреждениям и снижению трещиностойкости ZrO2 – MgO керамик. Результаты исследований доложены на международной конференции Radiation effects in insulators (REI 21, Фукуока, Япония). По результатам исследований были подготовлены и опубликованы 2 статьи в высокорейтинговых журналах «Ceramics» (процентиль в Scopus – 54%, квартиль журнала в Web of Science – Q2, IF 2.7) и «J. Compos. Sci.» (процентиль в Scopus – 63%, квартиль журнала в Web of Science – Q2, IF 3) входящий в базу данных Web of Science.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : 2022-2024 жылдар аралығындағы күнтізбелік жоспарға сәйкес ZrO2 – MgO керамикасын ауыр Kr, Xe иондарымен 10^10 – 10^15 ион/см^2 флюстерде жоғары температурада сәулелендіру бойынша тәжірибелік жұмыстар жүргізілді. Сәулелену флюенс байланысты жоғары температуралы сәулелендіру кезінде радиациялық зақымдану кинетикасын анықтау және материалдың бұзылуына әкелетін зақымданудың жиынтық әсерінен туындаған құрылымдық деградация механизмдерін белгілеу бойынша жұмыстар жүргізілді. Механикалық зақымға төзімділіктің өзгеруімен және ZrO2 – MgO керамикасының жарықшаққа төзімділігінің төмендеуімен радиациялық зақымданудың жиынтық әсерінен туындаған құрылымдық деградация мен радиациялық ісіну арасында байланыс орнатылды. Зерттеу нәтижелері халықаралық Radiation effects in insulators (REI 21, Фукуока, Жапония) конференцияда айтылды. Зерттеу нәтижелері бойынша 2 мақала дайындалып, рейтингі жоғары, Web of Science және Scopus деректер қорына енгізілген, «Ceramics» (Scopus процентильі – 54%, Web of Science журналындағы квартиль – Q2, IF 2.7) және «J. Compos. Sci.» (Scopus процентильі – 63%, Web of Science журналындағы квартиль – Q2, IF 3) журналдарда жарияланды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Синтезированы ZrO2(MgO) керамики механохимическим методом, которые могут быть использованы в качестве инертной матрицы дисперсного ядерного топлива. Развитие данного направления технологий позволяет избежать накопления продуктов деления, повысить КПД и степень выгорания ядерного топлива, а также дает возможности эксплуатации при повышенных температурах, характерных для высокотемпературных ядерных реакторов.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Дисперсті ядролық отынның инертті матрицасы ретінде пайдаланылуы мүмкін ZrO2(MgO) керамикалары механикохимиялық әдіспен синтезделді. Технологияның бұл саласының дамуы бөліну өнімдерінің азайттыруға, ядролық отынның тиімділігі мен жану дәрежесін арттыруға мүмкіндік береді, сонымен қатар жоғары температуралы ядролық реакторларға тән шарттарда жұмыс істеуге мүмкіндік береді.

Level of implementation (in Russian) : Не предусмотрено.

Level of implementation (in Kazakh) : Қамтамасыз етілмеген.

Efficiency (in Russian) : В результате проведенных исследований установлено, что формирование в структуре ZrO2 керамик примесной фазы Zr0.9Mg0.1O2 приводит не только к снижению степени полиморфных превращений, но и усилению сопротивления к радиационным повреждениям и снижению прочностных свойств. В ходе определения наиболее эффективной концентрации допанта установлено, что добавление MgO с содержанием 0.10 моль является наиболее оптимальной концентрацией приводящей к формированию фазы Zr0.9Mg0.1O2, содержание которой не превышает 3-4%. При этом увеличение фазы Zr0.9Mg0.1O2 в структуре исходных керамик приводит к возникновению дополнительных искажений и растягивающих напряжений в кристаллической решетки, оказывающих негативное влияние на изменение структуры в результате накопления радиационных дефектов.

Efficiency (in Kazakh) : Зерттеулер нәтижесінде ZrO2 керамикасының құрылымында Zr0.9Mg0.1O2 қоспа фазасының түзілуі полиморфтық өзгерістер дәрежесінің төмендеуіне ғана емес, сонымен қатар сәулеленуде зақымдануы және беріктік қасиеттерінің төмендеуіне төзімділіктің жоғарылауына әкелетіні анықталды. Қоспаның ең тиімді концентрациясын анықтау барысында құрамында 0,10 моль болатын MgO қосындысы Zr0.9Mg0.1O2 фазасының түзілуіне әкелетін ең оңтайлы концентрация екені анықталды, оның мазмұны 3-4%-дан аспайды. Бұл жағдайда бастапқы керамика құрылымында Zr0.9Mg0.1O2 фазасының жоғарылауы кристалдық торда қосымша бұрмаланулардың және созылу кернеулерінің пайда болуына әкеледі, олар нәтижесінде радиациялық ақаулардың жинақталуы кезде құрылымның өзгеруіне теріс әсер етеді.

Field of application (in Russian) : ZrO2(MgO) керамики предлагается использовать в качестве инертной матрицы дисперсного ядерного топлива. Так же керамики можно использовать в качестве изоляторных материалов активной зоны ядерных реакторов при экстремальных условиях радиационного фона и высоких температур. Соответственно областью применения керамик являются высокотемпературные ядерные реакторы.

Field of application (in Kazakh) : ZrO2(MgO) керамикаларды дисперсті ядролық отынның инертті матрицасы ретінде пайдалану ұсынылады. Сонымен қатар бұл керамикады радиацияның және жоғары температураның экстремалды жағдайында ядролық реакторлардың ядросы үшін оқшаулағыш материалдар ретінде пайдаланылуы мүмкін. Тиісінше, керамиканың қолдану аймағы жоғары температуралы ядролық реакторлар болып табылады.