Содержание к диссертации
Введение
СТРУКТУРА ПОВРЕЖДЕННОЙ ОБЛАСТИ
1.1. Введение II
1.2. Экспериментальные исследования 12
1.2.1. Методы визуального наблюдения поврежденных областей 12
1.2.2. Пространственные характеристики поврежденных областей 15
1.2.3. Структура обедненной зоны 18
1.3. Аналитические расчеты структуры . поврежденной области. 23
1.4. Моделирование на ЭВМ каскадов . атомных столкновений. 27
1.4.1. Методы машинного моделирования каскадов . атомных столкновений 27
1.4.2. Расчеты на ЭВМ структуры поврежденных . областей 30
1.5. Выводы 35
1.6. Постановка задачи 36
2. ОБРАЗОВАНИЕ АТЕРМИЧЕСКЙХ КЛАСТЕРОВ ВАКАНСИЙ
2.1. Бивакансии. 38
2.1.1. Эстафетный механизм 38
2.1.2. Тандемный механизм 43
2.1.3. Сечение образования ^б
2.1.4. Скользящие столкновения 50
2.1.5. Бивакансии в <"Fe , Cw и Au 53
2.2. Три- и тетравакансии 56
2.2.1. Сечение образования тривакансии 5б
2.2.2. Телесный угол перекрытия двух конусов смещения 62
2.2.3. Сечение образования тетравакансии 65
2.2.4. Три- и тетравакансии в Си и Аы 68
2.3. Выводы 71
3. ГРУППОВОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТЕЙ АТЕШИЧЕСКОГО
ОБРАЗОВАНИЯ ВАКАНСИОННЫХ КЛАСТЕРОВ ПРИ НИЗКИХ ЭНЕРГИЯХ ПВА
3.1. Диаграммы образования моно-, би-, три-. и тетравакансии. ,. "72
3.2. Групповое представление . 7/*
3.3. Кластеры больших размеров. * . 7^
3.4. Распределение,вакансий по, кластерам 81
. 3.5. Выводы 85
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ НА ЭВМ СТРУКТУРЫ ПОВРЕЗДЕННОЙ ОБЛАСТИ ,
4.1. Модель каскадного процесса с учетом образования. атермических вакансионных кластеров 86
4.1 Л. Алгоритм расчета ..87
4.1.2. Описание программы K0MED . 95
4.1.3. Распределение дефектов и теп ЛОВ ЫХ' пи ков В' . поврежденной области 99
4.2. Моделирование'на ЭВМ отжига дефектов методом ' . Монте-Карло. 114
4.3. Выводы Ц8
5. УСТОЙЧИВОСТЬ КЛАСТЕРОВ.ВАКАНСИЙ В МЕДИ
5.1. Методика расчета .119
5.2. Бивакансии 121
5.3. Тривакансии .122
5.4. Тетравакансии 124
. 5.5. Выводы .І28
6. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ .129
I ПРИЛОЖЕНИЯ
1. Телесный угол пересечения трех конусов смещения
2. Образование пента-, гекса- и гептавакансии .
3. Список обозначений
- Методы визуального наблюдения поврежденных областей
- Бивакансии.
- Диаграммы образования моно-, би-, три-. и тетравакансии.
- Модель каскадного процесса с учетом образования. атермических вакансионных кластеров
- Методика расчета
Методы визуального наблюдения поврежденных областей
В настоящее время только два из существующих экспериментальных методов позволяют непосредственно наблюдать поврежденные области, созданные единичными каскадами атомных столкновений. Это - просвечивающая электронная / 9 "19/ и автоионная микроскопия.
При исследовании облученных фольг (толщина меньше микрона) на просвет, поврежденные области на электронно-микроскопическом изображении предстают в виде темных пятен. Если удается, то по контрасту изображения, степени почернения и форме пятна поврежденную область идентифицируют как пору или дислокационную петлю вакансионного или межузельного типа /16 »18 /. Установлено /15 /, что при низких энергиях бомбардирующих частиц, недостаточных для образования видимых пятен, и высоких дозах облучения образуются дислокационные петли вакан-сионного и межузельного типа. При средних и высоких энергиях и дозах возникают дислокационные петли вакансионного и межузельного типа. При низких же дозах облучения образуются скопления вакансий в области прохождения каскада столкновений. Эти скопления - темные пятна - называют вакансионными кластерами и связывают их образование со схлопыванием обедненной зоны или перестройки в ней вакансий /15 /. Основной информацией, извлекаемой из экспериментов по электронной микроскопии на просвет, являются размеры поврежденных областей и их распределение по толщине фольги.
Бивакансии
Простейшим вакансионным кластером является бивакансия. Рассмотрим механизм ее образования. В приближении бинарных столкновений атом, движущийся с энергией t по кристаллу, может создать бивакансию двумя способами:
1) выбить из узла кристаллической решетки атом, который в свою очередь сместит другой атом из соседнего узла решетки (эстафетный механизм);
2) выбить из соседних узлов решетки последовательно два атома (тандемный механизм). 2.I.I. Эстафетный механизм Рассмотрим сначала первый механизм. На рис.2.I показана геометрия последовательных столкновений налетающего атома I с атомом 2 кристаллической решетки и атома 2 с соседним атомом 3. Здесь р - прицельный параметр, АВ = Bhke - межатомное расстояние в направлении - угол между [Ш] и импульсом р налетающего атома I. Из классической механики известно /63 , с.83/, что в результате упругого столкновения двух частиц равной массы, одна из которых первоначально покоилась, частицы разлетаются под углами cCL и л-г к импульсу Р с энергиями
class3 ГРУППОВОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТЕЙ АТЕШИЧЕСКОГО
ОБРАЗОВАНИЯ ВАКАНСИОННЫХ КЛАСТЕРОВ ПРИ НИЗКИХ ЭНЕРГИЯХ ПВА class3
Диаграммы образования моно-, би-, три-. и тетравакансии
Представим каскад атомных столкновений в твердом теле в виде графа, вершины которого совпадают с узлами кристаллической решетки, в которых происходят столкновения налетающего атома с атомом вещества, а дуги обозначают траектории атомов каскада (рис.3.1). Если из вершины выходят две дуги, то в ней образуется вакансия. Если расстояния между вершинами равны расстоянию между ближайшими соседями, то это означает, что каскад атомных столкновений создает вакансионный кластер, при условии, что в каждой из этих вершин образуется вакансия. Части графа, обведенные на рис.3.I и помеченные буквами 5 и о , относятся соответственно к тандемному и эстафетному механизмам образования бивакансии. Отдельно эти участки вместе с графом образования моновакансии вынесены на рис.3.2.1.
Чтобы упростить граф процессов образования атермических вакансионных кластеров, будем изображать только те дуги, которые ведут в вершины, входящие в один кластер. Кроме того, чтобы различать разные механизмы образования кластера, обозначим через А - налетающий атом, числами 1,2,3,...- выбитые атомы и соответствующие им узлы. Под символами над дугами будем понимать налетающие атомы, а под нижними символами -номера узлов (вакансий). Длина первой дуги (0,1) произвольна, а длина второй и последующих дуг равна расстоянию между ближайшими соседями
Модель каскадного процесса с учетом образования. атермических вакансионных кластеров
Рассмотрев процессы атермического образования вакансионных кластеров и распределение вакансий по кластерам, созданным в каскадах атомных столкновений, перейдем к изучению пространственного распределения атермических кластеров в поврежденной области и структуры самой поврежденной области. Эту задачу будем решать моделированием на ЭВМ каскада атомных столкновений в бесструктурном твердом теле.в рамках метода Монте-Карло. Выбор этого метода обусловлен тем, что только он позволяет оперативно получать.статистически средние характеристики.поврежденной области, т.е. характеристики области, созданной усредненным по большому числу реализаций каскадом столкновений с энергией ПВА 10 кэВ. При такой энергии ПВА и высоких ( 300 К) температурах, как показано в обзоре, вполне оправдано приближение бесструктурного твердого тела.
Методика расчета
Равновесные конфигурации и энергии связи атермических кластеров вакансий в меди находили динамическим методом с искусственной диссипацией кинетической энергии /11Ъ/ по методике, подробно описанной в /114 /. Расчетный г.ц.к. кристаллит содержал 1099 атомов и имел форму куба, ограниченного плоскостями 400 2, на ребре которого укладывалось 7 атомов. В работе использовались жесткие граничные условия, т.е. атомы двух поверхностных слоев были закреплены в узлах идеальной кристаллической решетки. Потенциал парного взаимодействия атомов (рис.5.I) рассчитывался методом псевдопотенциала /1Й / с использованием формфакторов Анималу /115 /. Обменно-корреляционная поправка в диэлектрическую проницаемость учитывалась по Сингви /Ц6 /. Радиус обрезания потенциала находился между пятой и шестой координационными сферами.
