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

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

Aim of work (in Russian) : Основной целью проекта является комплексное теоретическое и экспериментальное исследование закономерностей, управляющих кинетикой образования повреждений в материалах для приложений ядерной физики и электроники в условиях высокой плотности ионизации, создаваемой облучением тяжелыми ионами высоких энергий.

Aim of work (in Kazakh) : Жобаның негізгі мақсаты жоғары энергиялы ауыр иондармен сәулелену нәтижесінде пайда болатын ионизацияның жоғары тығыздығы жағдайында ядролық физика мен электроника қосымшалары материалдарында пайда болатын зақымдану кинетикасын басқаратын заңдылықтарды кешенді теориялық және эксперименттік зерттеу болып табылады.

Методы исследования (на русском) : В проекте применялась модель Монте-Карло, описывающая пролет иона через вещество, дальнейшее возбуждение электронной подсистемы материалов, перераспределение электронов, валентных дырок и их энергий, а также радиационные и Оже распады дырок глубоких оболочек. В модели использовались сечения рассеяния заряженных частиц на электронной и ионной подсистемах мишени, определяемые с помощью формализма динамического структурного фактора и комплексной диэлектрической функции. Выход ионизованных электронов с поверхности твердого тела рассматривался в рамках подхода, учитывающего потенциальный барьер на границе раздела сред. Рассчитанные с помощью модели пространственные распределения скоростей атомов материала после пролета иона были использованы для моделирования процессов, происходящих в решетке материала при ее остывании, в рамках метода молекулярной динамики (пакет LAMMPS). Морфология областей, поврежденных облучением быстрыми тяжелыми ионами, анализировалась современными методами кристаллографии, статистической физики и компьютерного моделирования: моделирование порошковых рентгенограмм, дислокационный анализ, анализ точечных дефектов на основе заселенности ячеек Вигнера-Зейтца и т.д.

Методы исследования (на казахском) : Жобада ионның зат арқылы өтуін, материалдардың электрондық жүйешесінің қозуын, электрондар мен валенттік тетіктердің қайта таралуын және олардың энергияларын, сондай-ақ терең қабықшалардағы тетіктердің радиациялық және Оже ыдырауын сипаттайтын Монте-Карло моделі қолданылды. Модельде динамикалық құрылымдық фактор мен кешенді диэлектрлік функция формализмі арқылы анықталатын зарядталған бөлшектердің электрондық және иондық жүйешелерде шашырау қималары қолданылды. Қатты дене бетінен иондалған электрондардың шығуы орта шекарасындағы потенциалды барьерді ескеретін тәсіл аясында қарастырылды. Ион өтуінен кейін есептелген материал атомдарының жылдамдықтарының кеңістіктік таралулары молекулалық динамика әдісімен (LAMMPS пакеті) материал торының сууы барысында болатын үдерістерді модельдеу үшін пайдаланылды. Жылдам ауыр иондармен сәулелену әсерінен зақымданған аймақтардың морфологиясы кристаллография, статистикалық физика және компьютерлік модельдеудің заманауи әдістерімен талданды: ұнтақ рентгенограммаларын модельдеу, дислокациялық талдау, Вигнер-Зейтц ұяшықтарының толтырылуына негізделген нүктелік ақауларды талдау және т.б.

Obtained results and novelty (in Russian) : В проекте проведены работы по изучению закономерностей образования структурных повреждений и треков тяжелых ионов в массивных образцах керамических материалов (CeO2, ZrO2, AlN, SiC, Al2O3, MgAl2O4 и др.). Определены параметры, описывающие морфологию трековых областей в керамических материалах. На первом этапе был проведен поиск и тестирование функций потерь энергии ZrO2, AlN, SiC, MgAl2O4. Подобраны и протестированы межатомные потенциалы для ZrO2, AlN и MgAl2O4. Методом Монте-Карло рассчитаны пространственно-временные зависимости параметров возбуждения диэлектрических материалов (ZrO2, AlN, SiC, MgAl2O4), облучаемых высокоэнергетическими тяжелыми ионами. Проведен расчет распределения точечных дефектов и дислокаций, а также механических напряжений и плотности материала вокруг траекторий ионов в CeO2, ZrO2, AlN, а также определен порог образования треков в исследуемых материалах. Показано образование кристаллических треков в CeO2, MgAl2O4, которые в значительной степени могут взаимодействовать при перекрытии при больших флюенсах. Анализ морфологии треков показал наличие структуры ядро-оболочка, а также присутствие значительных остаточных напряжений в области трека. Показано также, что треки БТИ не образуются в AlN, однако, наблюдаются повреждения на поверхности. Результаты работы докладывались на следующих научных мероприятиях: 1) ICDIM-2024 Сonference, Астана, Казахстан, 19-23 августа 2024 г. 2) NuMat: The Nuclear Materials Conference, Singapore, 14–17 October 2024.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Жобада керамикалық материалдардың көлемді үлгілеріндегі (CeO2, ZrO2, AlN, SiC, Al2O3, MgAl2O4 және т.б.) ауыр иондар тректерін және құрылымдық зақымдану заңдылықтарын зерттеу жұмыстары жүргізілді. Керамикалық материалдардағы трек аймақтарының морфологиясын сипаттайтын параметрлер анықталды. Бірінші кезеңде ZrO2, AlN, SiC, MgAl2O4 үшін энергия шығындарының функцияларын іздеу және сынау жүргізілді. ZrO2, AlN және MgAl2O4 үшін атомаралық потенциалдар талданып, сынақтан өткізілді. Монте-Карло әдісімен жоғары энергиялы ауыр иондармен сәулеленетін диэлектрлік материалдардың (ZrO2, AlN, SiC, MgAl2O4) қозу параметрлерінің кеңістік-уақыттық тәуелділіктері есептелді. CeO2, ZrO2, AlN үлгілеріндегі иондар траекториялары бойындағы нүктелік ақаулар мен дислокациялардың, сондай-ақ механикалық кернеулер мен материал тығыздығының таралуы есептелді, сонымен қатар зерттелген материалдарда тректердің түзілу шегі анықталды. CeO2 және MgAl2O4 үлгілерінде үлкен флюенстерде бір-бірімен айтарлықтай өзара әрекеттесуі мүмкін кристалды тректердің түзілуі көрсетілді. Трек морфологиясын талдау ядро-қабықша құрылымының және трек аймағындағы айтарлықтай қалдық кернеулердің болуын көрсетті. Сондай-ақ, AlN-де ЖАИ тректерінің түзілуі байқалмайтыны, бірақ беткі қабатта зақымданулар пайда болатыны көрсетілді. Жұмыстың нәтижелері келесі ғылыми іс-шараларда баяндалды: 1) ICDIM-2024 Conference, Астана, Қазақстан, 2024 жылдың 19-23 тамызы. 2)The Nuclear Materials Conference, Сингапур, 2024 жылдың 14–17 қазаны.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : При выполнении проекта получены новые данные, позволяющие описать механизмы образования структурных изменений в материалах ядерной энергетики и космической электроники при сильном электронном возбуждении при их облучении тяжелыми ионами высоких энергий. Результаты проекта могут применяться для предсказания радиационной стойкости, модификации теплофизических и электрических свойств материалов, при их облучении ионизирующим излучением. Еще одним важным применением полученных данных является возможность контролируемого изменения свойств материалов на наноуровне для создания электронных устройств с заданными характеристиками.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Жобаны орындау барысында жоғары энергиялы ауыр иондармен сәулелену кезінде ядролық энергетика және ғарыштық электроника материалдарындағы құрылымдық өзгерістердің түзілу механизмдерін сипаттауға мүмкіндік беретін жаңа деректер алынды. Жоба нәтижелері материалдардың радиациялық тұрақтылығын болжау, олардың иондаушы сәулеленумен сәулеленген кезде жылу-физикалық және электрлік қасиеттерін өзгерту үшін қолданылуы мүмкін. Алынған деректердің тағы бір маңызды қолданылуы – қажетті сипаттамалары бар электрондық құрылғыларды құру үшін нано деңгейінде материалдардың қасиеттерін бақылаулы өзгерту мүмкіндігі.

Level of implementation (in Russian) : Нет внедрений.

Level of implementation (in Kazakh) : Іске асыру 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 ядролық энергетика материалдарының беткі және интерфейстік аймақтарындағы радиациялық зақымдануларды зерттеуде жоғары тиімділікті көрсетті, бұл қойылған міндеттерді уақтылы және сапалы орындауға мүмкіндік берді. Алынған нәтижелер нанокомпозиттік қатты денелердегі энергиялары бөлініс жарықшақтарының энергиясындай иондармен сәулелендіруден туындататын зақымданулардың түзілу механизмдерін анықтау үшін қолданылуы мүмкін.

Field of application (in Russian) : Конструкционные материалы энергетики, наноматериалы, нанотехнологии.

Field of application (in Kazakh) : Энергетиканың конструкциялық материалдары, наноматериалдар, нанотехнологиялар.