Исследования пороговой энергии смещения Ed как для простых, так и для сложных материалов в настоящее время проводятся в основном методом молекулярной динамики из первых принципов. Так, например, для перспективного в ядерной энергетике карбида кремния SiC в этом направлении получены весьма удовлетворительные результаты [41–44], причем показано, что использование в аналитических расчетах известных потенциалов приводит к значительным погрешностям [37]. Внешнее давление, приложенное к образцам SiC, приводит к существенному росту Ed, повышая радиационную стойкость материала [45]. Интересны результаты расчетов из первых принципов для сложных материалов Cd2Ti2O7 и Cd2Zr2O7. Здесь установлена сильная анизотропия Ed, а ее значение для титана в первом соединении составляет 170 эВ [46]. В тоже время в соединении Y2Ti2O7 величина Ed для Ti не превышает 31,5 эВ [46]. Этим же методом получены значения Ed для ванадия [38], где показано, что, в зависимости от кристаллографической ориентации, Ed меняется от 13 до 51 эВ и от температуры не зависит (интервал от 100 до 900 K). В работе [48] приведены результаты экспериментального исследований Ed для графита. Здесь образцы облучались низкоэнергетическими ионами неона и исследовались Оже-электронные спектры, при этом значение Ed составило 35 эВ.
Анализ этих и других работ по оценке Ed показывает, что при таком подходе (Ed определяется как единое целое) не представляется возможным установить ее структуру и физическую природу составляющих компонент. Кроме того, ни в одной из известных нам работ в этом направлении не вводятся физические принципы, приводящие в “компьютерных радиационных процессах” к появлению Ed и на базе которых разработана соответствующая программа компьютерного моделирования из первых принципов.
Решению этой проблемы может способствовать анализ динамики движения подпорогового (W<Ed) движения междоузельного атома (i), когда он, не покидая пределов зоны неустойчивости, безактивационно аннигилирует с собственной вакансией (v). Изучение этого процесса представляется важным не только в теоретическом аспекте, но и в практическом отношении, поскольку размер зоны неустойчивости R, наряду с пороговой энергией смещения, является одним из основных критериев оценки радиационной стойкости: чем больше R материала, тем выше его радиационная стойкость. Согласно мнению В.М. Кошкина [49] причиной возникновения зон неустойчивости в металлах является упругое, а в диэлектриках и полупроводниках – электростатическое взаимодействие вакансии и собственного междоузельного атома. Следует отметить, однако, что для интервалов времени 10-13 – 10-11 с, характерных для динамики неустойчивых пар, такое разделение не представляется достаточно обоснованным. Ведь очевидно, что за это время в металле вакансия своим полем отрицательного заряда νe (ν – количество валентных электронов, e – заряд электрона) будет препятствовать релаксационным процессам в электронной подсистеме в области зоны неустойчивости, в связи с чем здесь необходимо учитывать также и электростатическое взаимодействие. Упругое же взаимодействие «включается» только на значительных расстояниях ρ между вакансией и движущимся междоузельным атомом, когда i и v становятся автономными (и полноценными) центрами дилатации с соответствующими объемами ΔVi и ΔVv. Однако при ρ>a0 (a0 – постоянная решетки) сила упругого взаимодействия, пропорциональная ρ-4, крайне мала и недостаточна для возврата междоузельного атома в свою вакансию. Это дает основание полагать, что роль упругого взаимодействия между компонентами неустойчивой пары в металлах не является определяющей.
Закон сохранения энергии для динамической пары вакансия – междоузельный атом можно записать в следующем виде:
, (7)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.