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 әсерлері

Aim of work (in Russian) : Количественное исследование механизмов образования дефектов и анализ имеющихся микроструктурных данных по радиационной стойкости в кандидатных материалах инертных разбавителей (матриц) ядерного топлива на основе нитридов и оксидов по отношению к воздействию тяжелых ионов высоких энергий, моделирующему облучение осколками деления.

Aim of work (in Kazakh) : Нитридтер мен оксидтер негізіндегі ядролық отынның инертті сұйылтқыштарының (матрицаларының) кандидаттық материалдарында бөлініс жарықшақтарымен сәулеленуді модельдейтін жоғары энергиялы ауыр иондардың әсеріне қатысты радиациялық тұрақтылық бойынша қолда бар микроқұрылымдық мәліметтерді талдау және ақаулардың пайда болу механизмдерін сандық зерттеу болып табылады

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 проекте исследована дефектная структуры вблизи поверхности и интерфейсных слоев в неоднородных системах различной геометрии для различных параметров облучения. Определены пространственно-временные параметры возбуждения электронной подсистемы сложно-структурированных материалов: нанокластеры Al2O3, Si3N4, поликристаллы Al2O3, Si3N4, MgO, нанокластеры в аморфной и кристаллической матрицах, слоистые структуры Al2O3/SiO2, тонкие пленки,Al2O3, Y3Fe5O12, Y3Al5O12. Исследована кинетика возбуждения таких систем при различных потерях энергии ионов и определены пороги различных эффектов: формирования латентных треков, плавление наночастиц, разрушение нанокластеров. Показано, что наличие свободной поверхности значительно снижает эффективность рекристаллизации, приводя к образованию конических треков в Al2O3. Впервые исследована численными методами кинетика образования треков тяжелых ионов высоких энергий в поликристаллическом Al2O3, MgO, Si3N4 в зависимости от размеров зерна. Показано, что процессы рекристаллизации в Al2O3, MgO могут значительно влиять на морфологию зерен и их границ в области трека иона. Результаты моделирования сравнивались с экспериментальными данными из литературы. По результатам работ опубликованы статьи: (1) Rymzhanov R.A. et al. Nuclear Energy and Materials, 2022, 33, 101267, DOI: 10.1016/j.nme.2022.101267 (Q1 по Web of Science); (2) Rymzhanov R.A. et al. Eurasian Physical Technical Journal, 2022, 41, 23-28, DOI: 10.31489/2022No3/23-28 (КОКСОН, SCOPUS).

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Жоба сәулелендірудің әр түрлі параметрлері үшін түрлі геометриялы біркелкі емес жүйелердегі беткі және интерфейс қабаттарындағы ақаулы құрылымдар зерттелді. Күрделі құрылымдалған материалдардың электрондық жүйешесі қозуының кеңістіктік-уақыттық параметрлері анықталды: Al2O3, Si3N4 нанокластерлері, Al2O3, Si3N4, MgO поликристалдары, Al2O3/SiO2 аморфты және кристалды матрицалардағы нанокластерлер, қабатты құрылымдары, Al2O3, Y3Fe5O12, Y3Al5O12 жұқа пленкалар. Ион энергиясының әртүрлі шығындалуы кезінде мұндай жүйелердің қозу кинетикасы зерттелді және әртүрлі әсерлердің шегі анықталды: жасырын тректердің пайда болуы, нанобөлшектердің балқуы, нанокластерлердің бұзылуы. Бос беткі қабаттың болуы қайта кристалдану тиімділігін едәуір төмендететіні, Al2O3 - те конустық тректердің пайда болуына әкелетіні көрсетілген. Алғаш рет құрылымдық бөлшектер мөлшеріне байланысты поликристалды Al2O3, MgO, Si3N4 жоғары энергиялы жылдам ауыр иондар тректерінің түзілу кинетикасы сандық әдістермен зерттелді. Al2O3, MgO-дағы қайта кристалдану процестері құрылымдық бөлшектердің морфологиясына әсер етуі мүмкін екендігі көрсетілді. Модельдеу нәтижелері әдебиеттердегі эксперименттік деректермен салыстырылды. Мақалалар жарияланды: (1) Rymzhanov R.A. et al. Nuclear Energy and Materials, 2022, 33, 101267, DOI: 10.1016/j.nme.2022.101267 (Q1 WoS); (2) Rymzhanov R.A. et al. Eurasian Physical Technical Journal, 2022, 41, 23-28, DOI: 10.31489/2022No3/23-28 (БҒСБК, SCOPUS).

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