Доповідач
Опис
У реакторних металах можуть відбуватись процеси аморфізації та інших фазових переходів першого роду. Такі зміни впливають на енергетичний стан матеріалу, що робить дослідження фазових рівноваг у наномасштабних металах під дією опромінення важливим завданням фундаментального і прикладного характеру. Оскільки процеси фазових змін залежать від розміру системи, наномасштабні кристалічні метали є ідеальними для їх вивчення.
Метою цього дослідження є аналіз того, як накопичення дефектів, викликаних радіаційним опроміненням, впливає на еволюцію дефектів і фазову поведінку в нанокристалічному залізі за невисоких температур, на формування та стабілізацію об’ємно-центрованої кубічної (ОЦК) і гранецентрованої кубічної (ГЦК) структур під опроміненням.
Методологія дослідження. Ми застосовуємо термодинамічний підхід Гіббса для різних фаз для нанозерен або наночастинок заліза, з урахуванням радіаційно індукованих дефектів, і використовуємо теорію хімічної кінетики для моделювання утворення, дифузії та анігіляції дефектів.
Результати. Вперше було теоретично обґрунтовано вплив розмірного ефекту на радіаційну стабільність ОЦК фази при великих швидкостях генерації дефектів і низьких дозах опромінення та визначено, як опромінення впливає на фазову стабільність наночастинок заліза розміром 2–10 нм у температурному діапазоні 400–500 К. Було побудовано діаграми «розмір–температура» та «розмір–енергія», які встановлюють залежні від розміру області фазової стабільності, фазових переходів в нанокристалічному залізі й впливу опромінення.
В рамках теоретичного опису нами обґрунтовано важливість врахування умови нестаціонарності в описі кінетики радіаційних дефектів і дано якісне пояснення отриманих в експериментах залежностей концентрації радіаційних дефектів від дисперсності нанокристалічного матеріалу [1].
В наночастинках малих розмірів фаза α-Fe (ОЦК) стає нестабільною і змінюється на ГЦК структуру, тоді як фаза γ-Fe (ГЦК) залишається стабільною, що пояснюється домінуючим впливом поверхневих енергій фаз. В наночастинках больших розмірів, навпаки, фаза α-Fe є стабільною, а γ-Fe — нестабільною, що обумовлено домінуванням внеску об’ємної густини енергії.
Виявлено, що в результаті опромінення наночастинок заліза при швидкості генерації дефектів Kv=10-3 зна/c і дозах більше 1 зна формується проміжна область шириною близько 4 нм на фазовій діаграмі «розмір–температура», де фаза α-Fe стає стабільною при опроміненні, а γ-Fe стабілізується без опромінення. Стабільність ОЦК фази підтримується лише за наявності опромінення. Ця проміжна область звужується із підвищенням температури й повністю зникає приблизно при 520 К. За низьких температур (нижче 400 К) дослідження потребує уточнення, оскільки використання результатів теорії хімічних швидкостей та термодинаміки Гіббса при цьому стає некоректним [2].
Дослідження проводяться у рамках НДР Лабораторії композиційних матеріалів атомно-водневої енергетики Інституту прикладної фізики НАН України (РК 0125U000276) під керівництвом д.ф.-м.н. Арама Шіріняна.
- Yu.S. Bilogorodskyy, A.S. Shirinyan, O.M. Krit «Influence of Irradiation on the Evolution of Radiation Defects in Nanocrystalline FCC Metals: The Case of Ni» Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 563, 165674, 2025.
- A.S. Shirinyan, Yu.S. Bilogorodskyy. «Effect of radiation-induced vacancy saturation on the first-order phase transformation in nanoparticles: insights from a model» Beilstein Journal of Nanotechnology, 15, p. 1453–1472, 2024.
