Якушин К1
1
2
Пики смещения и температурные
пики смещения отличаются от температурных следующим: в первых движения атомов динамические, во втором - статические.
Пик смещения: пробег атома уменьшается до примерно 1 межатомного расстояния, после чего атом быстро теряет свою оставшуюся энергию. Соседние атомы приобретают достаточно большую энергию, чтобы вылететь из своего положения в решетке. Кристаллическая структура разрушается, образуется атомная плазма. Спустя какое-то время этот объем вновь кристаллизуется, причем почти в точности также, как до плавления.
Температурный пик: в этом случае энергия передается от атома к атому за счет колебаний. Как он вообще появляется: сначала атом летит быстро, постепенно его энергия снижается, и столкновения становятся частыми.
3
Радиационный рост
Радиационный рост - это когда изменяется геометрия образца, размеры, но остается постоянным объем.
Первое время думали, что это из-за разного коэф. термич. расширения у разных зерен. Но потом так думать перестали: опыты это не подтвердили.
Как изменяется геометрия: вдоль оси x сокращается размер, вдоль оси y увеличивается, вдоль оси z не изменяется.
4
Для монокристалла: размеры изменяются тем меньше, чем выше степень совершенства.
Для поликристаллов: появляется эффект жеванности. Этот эффект проявляется тем сильнее, чем больше размер зерна.
Чтобы описывать всё это дело ввели параметр G. Назвыается коэффициэнт радиационного роста: изменения длины на одно деление урана.
Как влияют обработки на радиационный рост: чем выше температура прокатки, тем ниже эффект роста. Это связано с тем, что начинаются процессы рекристализации в куске металла, зерна ориентируются по разному. Значит металлический пруток не будет изменять свою геометрию только в одном направлении, потому что ориентировка зёрен отличается.
5
11
Уменьшение газового распухания
1) Сделать так, чтобы была равномерно распределена мелкодисперсная фаза в металле.
12
Распухание из-за твёрдых продуктов деления
Суммарно из-за всех элементов, на которые делится уран, не происходит изменения решетки. Это связано с тем, что какие-то элементы решетку растягивают, а какие-то сжимают. В итоге получается, что молекулярный объем образующихся соединений примерно равен молекулярному объему оксида урана (если мы говорим о таблетках топлива)
Вводят парциальный объем деления - объем определенного продукта деления. Этот объем можно определить исходя из кристаллографических представлений.
13
Вакансионное распухание
2)
3) Не допускать циклического перепада температур: образуются трещины вдоль границ зерен, пузырькам легче перемещаться
4) Не допускать большого выгорания в металлах, склонных к росту
Привести зависимость изменения объема от коэффициента распада
вклад твердых продуктов всего около 0,32%
Условие при которых вакансия и межузельный атом отходят друг от друга на расстояния большие расстояния атермической рекомбинации: энергия налетающих части больше 20-40 кэВ
Также на изменение объема влияют другие факторы: 1) структурный, 2) температурный, 3) свойства облучение
Условия, при которых образуются кластеры: 1) термодинамический фактор, 2) диффузионный
Сходятся во мнении, что поры образуются и на границах раздела, и гомогенно. В пользу последнего говорит то, что при исследовании облученных образцов при низких температурах, не обнаружили корреляции между расположением примесей и пор, и поры не были преимущественно на границах зёрен
Термическая теория
Происходит двойникование вдоль оси y.
В результате этого увеличивается объем области, и происходит деформация окружающей матрицы. так происходит необратимое удлинение.
Диффузионная теория
Роль налетающей частицы ограничивается созданием большого числа дефектов.
Дальше часть из них аннигилирует (подавляющая), а оставшиеся распределяются по-разному.
Вакансиям проще перемещаться по гофрированным слоям, а межузельным атомам перпендикулярно этим слоям. В результате в промежутках между такими слоями накапливается достаточное количество атомов, и начинают образовываться новые слои - происходит рост.
6
Теория Гонзера
Основана на представлении об образовании краудионов и фокусонов. Краудионы двигаются вдоль у, их энергия меньше, фокусоны - вдоль х, и энергия их больше.
Поэтому получается, что фоуксоны могут уходить через границы, а краудионы тормозятся границами и начинают формировать новые гофрированные слои.
Теория Коттрела
Состоит в следующем: сначала решетка в нагретой области деформируется, потому перестраивается, адаптируется под новую форму. И когда область остывает вдоль у уже больше атомных слоев, чем было до.
Проблема этой теории в том, что маловероятно, чтобы деформации происходили за такие короткие промежутки времени, поэтому в неё мало кто верит.
Теория Бакли
Самая правдивая теория.
Объясняет происходящее исходя из анизотропии коэффициента расширения.
Он минимален вдоль оси у
Из-за неоднородности возникающих напряжений атомам выгоднее располагаться вдоль оси у. Это объясняется дислокациями.
14
Влияние температуры
Распухание наблюдается в определенном температурном интервале: примерно 0,2-0,5Tпл
Вызвано это тем, что после определенной температуры вакансии начинают аннигилировать.
Выявлены общие закономерности: с ростом температуры концентрация пор снижается, а их размер повышается
Так если добавлять газ в материал, то на графике распухания от температуры появляется второй пик.
15
Влияние флюенса
При описании влияния используют три величины: 1) порог образования, 2) порог распухания, 3) условный порог распухания
Nb, Ti, Si и другие элементы могут влиять положительным образом на сопротивляемость распуханию
установлено влияние тип сплава: элементы внедрения повышают стойкость (выполняется для сталей)
Если облучать электронами, то зависимость от температуры снижается в область низких температур по сравнению с облучением ионами
Чем выше температура исследования, тем выше порог образования. Есть формула: величина распухания пропорциональна флюенсу в степени 0-1
7
Основные факторы роста
Деформация влияет: больше деформация - больше рост
Наблюдается не только в анизотропных решетках, но и в ОЦК и в ГЦК при определенных условиях.
Зависимость роста от флюенса: сначала происходит быстрое увеличение размера, а потом график выходит на постоянный уровень. Этот график получен как раз для циркония при 353 К
Коэффициент роста G.
8
Последствия роста можно устранить при помощи отжига
Интерпретация экспериментальных результатов
При большой концентрации дефектов могут образовываться так называемые петли. Эти петли влияют на изменение размера. Почему эти петли образуются в каскадах - из-за анизотропии и, и как следствие, неоднородного распределения дефектов.
Однако в ходе эксперимента не подтвердилось предположение о преимущественном расположении вакансионных и межузельных петель.
При при холодной обработке образуется преимущественная ориентировка, дислокации, которые тоже ориентированы, отсюда и рост. Кроме этого, при больших флюенсах сами налетающие частицы могут служить причиной образования дислокационных петель.
9
Влияние степени выгорания и температуры
10
Механизм образования
Давление газа в пузырьке уравновешивается двумя компонентами: 1) упругими силами окружающей матрицы, 2) капиллярными силами, стремящимися уменьшить пузырёк
Считается, что для того, чтобы пузырёк стал стабильным, должны соединиться два атома газа и одна вакансия.
Если в пузырьке станет больше вакансий, то туда станет выгодно попадать газу, и он потянется туда в большей степени, и также работает в другую сторону.
Какое-то время этот поток не так быстро изменяет размеры пузырька, эта стадия называется устойчивой
Размеры пузырька - 1 мкм или около того, расстояния между ними порядка 5 мкм.
Пузырькам выгоднее образовываться на границах и субграницах, включениях, двойниках. Поэтому поначала мы получаем структуру с большим количеством равномерно распределенных маленьких пузырьков
При определённых условиях бывает так, что размеры увеличиваются на 100% и больше.
16
Влияние легирующих
Снижение концентрации углерода в сталях снижает их стойкость распуханию, добавление примесей внедрения, наоборот, увеличивает.
Ниобий, титан, алюминий, бериллий, молибден - они увеличивают стойкость.
Достигается это за счет возникающих деформаций.
Создаются деформации, кремний создает связи с атомами газа, схватывая их, а алюминий создает комплексы со смещёнными атомами с малой энергией
Мелкодисперсные выделения способствуют рекомбинации и, таким образом, тоже благотворно влияют
распределение нейтронов по энергиям имеет вид, показанный на графике