Ползучесть неравномерно нагретого по радиусу сплошного цилиндра в условиях облучения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Белорусский Национальный Технический Университет

Кафедра "Теоретическая механика"

Курсовая работа

По курсу "Механика необратимых деформаций"

На тему: "Ползучесть неравномерно нагретого по радиусу сплошного цилиндра в условиях облучения"

Подготовил: Никончук В.В.

ст. гр.103914

Преподаватель: Куликов И.С.

МИНСК 2008

Введение

В последние десятилетия все более пристальное внимание исследователей привлекает к себе структура реальных кристаллов, и особенно те их структурные нарушения, которые принято называть дефектами. Их появление в идеальном кристалле связано с процессами роста кристаллов, различными внешними воздействиями на кристалл (механическая обработка, закалка, облучение и т. д.). Сам термин "дефект" предполагает отклонение от идеальности, периодичности расположения атомов в той или иной области кристалла. Размер этой области колеблется в широких пределах. Так, под точечными дефектами подразумеваются искажения, охватывающие несколько атомов (вакансии, примеси и др.). Предполагается, что линейные дефекты (дислокации, дисклинации) охватывают атомные ряды, планарные дефекты заполняют целые атомные плоскости и т.д. Это разделение условно, но оно подчеркивает количественное и качественное различия дефектных образований.

Радиационные дефекты можно выделить из этого множества дефектов, если попытаться произвести классификацию дефектов по способам их образования. Они составляют разнообразный и интересный класс дефектных формирований. Некоторые радиационные образования (например, суперрешетки вакансионных пор) не удается пока получить никакими другими известными методами.

Высокие концентрации радиационных дефектов отмечаются в материалах атомных реакторов, космических аппаратов, то есть там, где материалы соприкасаются с интенсивными потоками облучения. Как следствие появления большого количества радиационных дефектов материалы заметным образом меняют свои физические свойства: электропроводность, прочность, объемные размеры и даже элементный состав из-за появления в них трансмутантов (изотопов новых элементов). Причем эти изменения носят не совсем обычный характер. Ранее ничего подобного не встречалось в обширной человеческой практике работ с различными материалами. Так были обнаружены абсолютно новые явления, происходящие с облученными металлами и сплавами: радиационное охрупчивание, ускоренная диффузия, радиационно-индуцированные фазово-структурные превращения и др.

Разнообразие радиационных дефектов

Высокоэнергетические частицы облучения, попадая в вещество и вступая в упругие и неупругие взаимодействия с его ядрами, вызывают смещения атомов кристаллической решетки со своих мест. При низких энергиях бомбардирующих частиц такие смещения приводят к образованию единичных вакансий (пустой узел кристаллической решетки) и единичных межузельных атомов. Такие пары, предсказанные Я.И. Френкелем, образуются, когда бомбардирующая частица сообщает атому в узле кристаллической решетки энергию выше некоторой пороговой. При энергиях, в несколько раз превышающих пороговую энергию смещения, процесс уже идет в виде каскада смещений. На месте прохождения такого каскада образуются как единичные вакансии (v) и межузельные атомы (i), так и их комплексы (кластеры: nv и ni). Далее в процессе установления термического равновесия между разогретой послекаскад-ной областью и остальным кристаллом эти дефекты претерпевают диффузионным путем различные структурные перестройки. Причем часть из них гибнет в процессе аннигиляции пар Френкеля, когда встречаются вакансия и межузельный атом. Другая часть меняет свои размеры и формы, свое месторасположение. Причем межузельные кластеры (ni) в процессе роста переходят в так называемые дислокационные петли межузельного типа, которые представляют собой фрагменты (зародыши) новых кристаллографических плоскостей. Вакансионные кластеры (nv) в процессе своего роста могут развиваться в двух направлениях в зависимости от температуры кристалла, типа кристаллической структуры и других факторов. В первом случае, как и межузельные кластеры, nv образуют дислокационные петли вакансионного типа, которые представляют собой как бы дырки в кристаллографических плоскостях (рис. 1). Второй путь эволюции вакансионных кластеров – это образование вакансионных пор, которые при малых размерах имеют огранку, соответствующую типу материнского кристалла, а при больших представляют собой округлые полости (рис. 2).

Помимо собственных дефектов за счет ядерных реакций бомбардирующих частиц с атомами кристалла образуются различного вида трансмутанты, которые в виде примесей распределяются в матрице материала. Это инертные газы гелий, криптон, ксенон и др. Но помимо газовых примесей в теле облучаемого материала образуются и другие инородные элементы. Такие примесные нарушения могут оставаться в узле кристаллической решетки (примесь замещения) или выходить в межузельное пространство (примесь внедрения).

Мигрируя по кристаллу в процессе диффузионного движения, примесные нарушения (особенно высокоподвижные инертные газы) активно взаимодействуют с собственными дефектами, образуя так называемые смешанные дефектные кластеры. Примесные дефекты активно осаждаются на границах зерен поликристаллов, дислокациях и других более крупных дефектах, образуя скопления, которые постепенно могу