№60 – Відділ моделювання радіаційних ефектів та мікроструктурних перетворень у конструкційних матеріалах Завідувач відділу д.ф.-м.н., проф. Харченко Д.О. Відділ моделювання радіаційних ефектів та мікроструктурних перетворень у конструкційних матеріалах був створений 01 березня 2012 р. на базі лабораторії № 42 – мікроструктурних досліджень реакторних матерівалів.
Напрямки досліджень
Основні досягнення2022У рамках міжнародного співробітництва з Інститутом ядерної енергії Китаю було досліджено процеси випадіння преципітатів beta-фази у цирконієвих сплавах з низькою концентрацією ніобію та олова. Було показано, що конкуренція між балістичним перемішуванням і термодинамічною силою відіграє головну роль у кінетиці радіаційно-індукованого випадіння та розчинення преципітатів. (Харченко В.О., Харченко Д.О.) 2021Показано, що у бінарних сплавах Zr–Nb та Zr–Sn з концентрацією легуючого елементу ~1.5% розчинені атоми ніобію не можуть локалізувати навколо себе нерівноважні вакансії, атомами олова являють собою центри локалізації вакансій. У сплавах Zr–Nb при нейтронному опроміненні в реакторних умовах формуються міжвузлові А-петлі та вакансійні С-петлі, розмір яких збільшується від границі зерна до його центру, що приводить до нерівномірної деформації кристала всередині зерен; збільшення швидкості дефектоутворення підтримує ріст великих преципітатів;. утворення ліній ковзання та дислокацій починається при вищих значеннях прикладеної деформації при зростанні швидкості дефектоутворення для опромінених сплавів. 2020У рамках схеми багатомасштабного моделювання проведено дослідження мікроструктурних перетворень в опромінюваних цирконієвих сплавах. Показано, що у бінарних сплавах Zr–Nb та Zr–Sn з концентрацією легуючого елементу ~1.5%, розчинені атоми ніобію не можуть локалізувати навколо себе нерівноважні вакансії, тоді як атомами олова являють собою центри локалізації вакансій. У сплавах Zr–Nb при нейтронному опроміненні в реакторних умовах формуються міжвузлові А-петлі та вакансійні С-петлі, розмір яких збільшується від границі зерна до його центру, що приводить до нерівномірної деформації кристала всередині зерен; збільшення швидкості дефектоутворення підтримує ріст великих преципітатів; утворення ліній ковзання та дислокацій починається при вищих значеннях прикладеної деформації при зростанні швидкості дефектоутворення для опромінених сплавів. (Д.О.Харченко, В.О.Харченко, О.М.Щокотова, О.Б.Лисенко, В.В.Купрієнко) 2018Розвинуто формалізм опису процесів пороутворення у бінарних твердих розчинах та у зразках із підготовленою мікроструктурою. Проведено всебічне дослідження процесів формування та росту пор у типовій моделі бінарного стопу, підданому радіаційному впливові з використанням комбінованого підходу, що грунтується на теорії фазового поля та щвидкісній теорії. Показано, що формування пор викликане взаємодією радіаційно продукованих вакансій з пружніми деформаціями гратниці та полем композиції стопу. Отримано фазові діаграми, що ілюструють формування твердого розчину, фазового розшарування та структуроутворення. Встановлено, що формування пор із пересиченого розчину вакансій супроводжуєтсья перерозподілом композиційного поля. Показано, що пружна неоднорідність, яка відповідає за утворення анізотропних преципітатів у первинно приготовленому стопі приводить до формування супер-решітки пор при опроміненні. Виявлено, що нуклеація та рост пор з ростом дози опромінення відповідає дифузійно керованим процесам випадіння фаз. Показано універсальність динаміки росту пор. Проведена оцінка основних параметрів та статистичних характеристик пор. (Д.О.Харченко, В.О.Харченко, О.Б.Лисенко, Ю.М.Овчаренко) 2017Вивчено просторову самоорганізацію ансамблю точкових дефектів у α-цирконії, опроміненому швидкими нейтронами за допомогою швидкісної теорії при врахуванні еластичних властивостей середовища. Встановлено умови реорганізації нерівноважних вакансій, що продукуються внаслідок опромінення, у кластери. Досліджено розподіл пружніх полів при самоорганізації вакансійного ансамблю у чистому цирконії за умови зсувної і циклічної деформації та вивчено вплив опромінення на напружено-деформований стан цирконію. (Д.О. Харченко, В.О. Харченко, Ю.М. Овчаренко, О.М. Щокотова, О.О. Лисенко)2016Виявлено, що зi збiльшенням швидкостi дефектоутворення процеси розпаду фаз у бінарних твердих розчинах в умовах опромінення швидкими нейтронами супроводжуються процесами формування просторових вакансiйих структур. Виявлено, що процеси відбору структур при формуванні кластерів вакансій у опромінюваних тонких металевих фольгах супроводжуються локальною зміною температури внаслідок перерозподілу вакансій між кластерами. При дослідженні процесів формування пор у чистих металах, підданих дії опромінюючих потоків, виявлено що флуктуації швидкості дефектоутворення збільшують критичний радіус пор, не змінюючи універсальність їх розподілу за розмірами. Встановлено, що динаміка росту пор уповільнюється за рахунок зростання інтенсивності стоків точкових дефектів. (Д.О. Харченко, В.О. Харченко)2015При досліджені процесів формування нанорозмірних поверхневих структур у процесах осадження із газової фази запропоновано багатошарову модель росту поверхні з утворення нанорозмірних структур адсорбату та вакансійних стурктур. Встановлено умови реалізації стійкої нанорозмірної поверхневої структури адсорбату, досліджено закони росту островків адсорбату, виявлено розподіл таких островків за розмірами за різної геометрії гратниці осаджуваного матеріалу. Встановлено характер перерозподілу полів температури адсорбату при формування нанорозмірних об'єктів на поверхні в процесі осадження з газової фази. Виявлено умови реалізації неоднорідного розподілу полів температури адсорбату та характерні часові масштаби його існування. Харченко Д.О., Харченко В.О. 2014Методами числового моделювання досліджено процеси самоорганізації дефектної структури в опромінюваних кристалічних матеріалах та встановлено особливості формування стійких структур дефектів. Виявлено, що при малих швидкостях набору дози (в реакторних умовах) точкові дефекти утворюють стійкі компактні та протяжні комплекси характерного розміру 6 нм. При великих швидкостях набору дози (опромінення на прискорювачах) формуються компактні вакансійні кластери розміром 4-5нм. Виявлено, що розподіл вакансій та характер дефектних структур визначається впливом дифузійних процесів, які пригнічуються при збільшенні швидкості набору дози. В рамках числового моделювання досліджено процеси сегрегації точкових дефектів на границях зерен та встановлено, що збільшення швидкості набору дози спричиняє подрібнення зерен з формуванням вакансійних комплексів всередині зерен. Виявлено, що універсальна динаміка росту розмірів зерен уповільнюється зі збільшенням швидкості набору дози. (Харченко Д.О., Харченко В.О.)2013Запропоновано узагальнений статистичний підхід опису процесів організації точкових дефектів вакансійного типу у кластери та пори на прикладі нікелю в рамках швидкісної теорії, що враховує генерацію дефектів пружними полями та взаємодію дефектів. Проведено дослідження умов виникнення структур дефектів в робочих режимах опромінення в реакторах. В рамках застосування процедури 3D-моделювання встановлено характер зміни мікроструктури при різних температурах та швидкостях набору дози в рамках використання аналітичних підходів та методів числового моделювання. Виявлено, що при зростанні швидкості набору дози стійкими будуть протяжні просторові структури дефектів, як-то вакансійні петлі та стінки дефектів Аналогічний ефект спостерігається при варіюванні інтенсивності внутрішніх флуктуацій розмноження дефектів, що зводиться до температури. Виявлено, що збільшення швидкості набору дози та інтенсивності флуктуацій зменшує період утворюваних кластерів дефектів вакансійного типу, що мають нанорозмірний масштаб. Отримані результати узгоджуються з експериментальними спостереженнями за процесами дефектоутворення при опроміненні в реакторних умовах.
2012Методами молекулярної динаміки та фазового поля кристалу досліджено процеси формування дефектів у кристалічних матеріалах, підданих радіаційному впливові та досліджено процеси рекристалізації опроміненої системи з встановленням кількісних характеристик кількості дефектів та властивостей фізичних процесів перебудови мікроструктури при відпалі. Досліджено процеси структуроутворення в опромінюваних системах з балістичної дифузією, що моделює формування структурного безладу при взаємодії опромінюючих частинок з атомами мішені. Встановлено конкуруючу роль регулярної та флуктуаційної компонент балістичного дифузійного потоку, наслідком чого є реверсивне проходження процесів мікростурктурних перетворень та фазової декомпозиції. Д.О.Харченко, В.О.Харченко, С.В.Кохан, І.О.Лисенко. Моделювання зміни мікроструктури опромінюваних систем методом фазового поля кристалу. УФЖ, 57, №10, с.1069-1082, 2012
|
|
