Изучение физических процессов, происходящих при взаимодействии ускоренных ионов с нанокомпозитными материалами, страница 8

где m – масса атома, , ,   и  – силы электрического и упругого взаимодействия, , , , U_b – энергия связи, N – концентрация атомов решетки, μ – коэффициент, определяющий долю переданной при столкновении энергии (μ ~ 0,3), . Начальные условия для уравнения (7) определяются следующим образом: , . При решении уравнения (7) полагалось, что максимально возможное удаление R₀ атома от своей вакансии определяется из условия , где , , , 0 при , τ – время достижения пределов зоны неустойчивости.

Радиус же зоны неустойчивости R при известном значении E_d можно определить из следующего уравнения:

где  ,, ε₀ – электрическая постоянная, K – модуль всестороннего сжатия, U_m – энергия миграции.

При возрастании энергии W величина скорости (τ) (для разных W) проходит область нулевых значений до момента, когда (τ) > 0. Энергия W, соответствующая этому, есть пороговая энергия смещения E_d, что фиксируется компьютером. Это отражено на фазовой диаграмме (рис.5). В таблице 2 приведены значения E_d, полученные в рамках данной методики в сравнении с данными эксперимента.

Очевидно, что физические свойства твердых тел определенным образом связаны друг с другом, что свидетельствует о едином «фундаменте», на котором они (свойства) формируются. В этой связи рассмотрим соответствие радиационной стойкости материалов (уровень E_d) их физико-механическим и теплофизическим свойствам.

Рисунок 5. Фазовая диаграмма процесса определения E_d.

С этой целью сопоставим численные значения E_d со справочными данными для модулей упругости Юнга E, энергией сублимации U_S, температуры Дебая T_D, энергией связи атомов в решетке U_b и коэффициентом температурного расширения α_T простых материалов C, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Mo, Cd, Ta, W, Au, Bi. Представляет интерес также связь E_d с параметрами элементарных ячеек этих материалов, так как они (параметры) определенным образом отражают энергетическое состояние системы объединившихся в решетку атомов.

На рисунках 6 – 11 приведены соответствующие кривые (это значения E_d, E, U_S, T_m, T_D, U_b, α_T и параметра ячейки a различных элементов, расположенных в порядке возрастания их зарядового числа Z). Прямые линии, соединяющие точки на рисунках, проведены с целью улучшения зрительного восприятия характера поведения соответствующих физических характеристик.  Таблица 2. Результаты расчета пороговой энергии смещения E_d для некоторых материалов.