Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

Аюбов Л.Ю., Барануков Г.Г.

Сравнивая результаты исследований по упорядочению и разупорядочению термообработкой сплавов Ni3Mn,Cu3Al,CuAu методом аннигиляции позитронов [1] с нашими данными, полученными на сплавах Fe-Ni различного состава после упорядочения термообработкой и последующего облучения электронами и позитронами с энергиями 10 ГэВ, можно видеть, что ферми-угол θF увеличивается после облучения длительно отожженных сплавов Fe-Ni (табл. 1). Это, объясняется тем, что при фото- и электрон-ядерных реакциях образуются водород и гелий [2], которые влияют на θF . Интересно отметить, что существуют определенные составы сплавов Fe-(54-57) ат. %.Ni, Fe-(71-74) ат. %. Ni, Fe-(80-85)ат. %. Ni, где соответствующие радиусы экранирования rm  ионного остова кристаллической решетки не изменяются по величине после облучения, а отношения Wп/Wг одинаковы (рис. 1).

Таблица 1. Значения ферми-угла в отожженных и облученных сплавах Fe-Ni.

Содержание

Ni. ат. %

θF, мрад

Содержание Ni. ат. %

θF, мрад

Отожженный

Облученный

Отожженный

Облученный

50

7,3

7,8

75

7,6

7,7

55

7,8

8,5

80

8,3

8,1

60

7,9

8,2

85

7,7

7,9

65

6,6

8,3

90

7,6

7,5

70

6,1

7,9

 

 

 

Исходя из этого, можно предположить, что существуют сплавы, у которых электронная структура ионных остовов кристаллической решетки менее подвержена изменениям при облучении высокоэнергетическими электронами и позитронами.

В связи с выше изложенным, возникает вопрос об образовании и поведении точечных дефектов в поле радиационного воздействия высокоэнергетических электронов и позитронов. В табл. 2 приведены данные по изменению параметров аннигиляции позитронов f=N(0)/Nl (8) и k=H0/S, где Но - высота кривой УРАФ при θ=0; S - площадь под кривой; N(0), N1(8) - значения скоростей счета совпадений аннигиляционных фотонов, соответственно при θ=0 и θ1=8 мрад.

p

Рис. 1. Зависимость отношений вероятностей аннигиляции Wп/Wг от атомного состава длительно отожженного (1) и облученного (2) сплава Fe -Ni

Малые изменения f и k. в отожженных и облученных сплавах по сравнению с данными работы [6], в которой приводятся результаты по нейтронному облучению Мо, дают основания предполагать, что при облучении пучками электронов и позитронов с энергиями 10 ГэВ суммарной дозой ~1,9-1011 е±·см-2 при комнатной температуре поры образуются в малом количестве, а в поведении вакансий и
междоузельных атомов явно преобладают процессы рекомбинаций. Это обусловлено тем, что междоузельные атомы, а также примесные атомы при радиационном воздействии электронов и позитронов высоких энергий более ионизируются, чем атомы, находящиеся в узлах кристаллической решетки. Высокую ионизацию междоузельных и примесных атомов электронами и позитронами высоких энергий можно объяснить на основании последних данных по исследованию прохождения релятивистских заряженных частиц через кристаллические среды, которые показывают, что возникающее при этом излучение движущихся частиц преимущественно направлено вдоль кристаллографических осей и плоскостей. Движение релятивистских электронов и позитронов вблизи кристаллографических осей и плоскостей подробно рассматривается в работе [3].

Таблица 2. Значения параметров аннигиляции позитронов отожженных и облученных сплавов Fe-Ni

Содержание

Ni. ат. %

k, 1/см

f

Отожженный

Облученный

Отожженный

Облученный

50

0,169

0,171

7,482

6,193

55

0,168

0,162

7,203

6,296

60

0,166

0,164

7,077

6,768

65

0,156

0,170

5,603

5,738

70

0,158

0,156

5,643

5,600

75

0,161

0,157

5,382

5,370

80

0,163

0,158

5,439

5,410

85

0,161

0,167

6,007

6,228

90

0,161

0,164

6,073

6,678

p

  Рис. 2. Значения экспрессного параметра N (θ) при θ=0 для отожженных (1) и облученных (2) сплавов Fe-Ni различного состава

Возникающее при каналировании релятивистских заряженных частиц излучение подробно описано в работе [4]. Интенсивность и распределение излучения Кумахова влияют на структуру сплавов и, в частности, на поведение междоузельных и примесных атомов как несовершенств кристаллической структуры. В работах [3, 4] рассматривают движение релятивистических заряженных частиц в монокристаллах, поэтому возникает вопрос: возможны ли эти процессы и эффекты в поликристаллических сплавах? В поликристаллических образцах зерна ориентированы хаотично, но статистическое распределение ориентации зерен относительно оси пучка электронов и позитронов способствует каналированию и излучению вторичных частиц, так как число рассеянных вторичных частиц (электронов, позитронов, протонов, ионов и т. д.) значительно и направления их импульсов охватывают угол более 180° с градиентом плотности излучения и частиц от оси пучка к периферии. За счет глубокой ионизации вторичным излучением и частицами междоузельные атомы обретают высокую подвижность и активно рекомбинируют с вакансиями. Следовательно, при облучении идут непрерывные процессы генерации и рекомбинации точечных дефектов, проходящие без термического воздействия, которое обычно сопровождает облучение сплавов электронами средних энергий с большой интенсивностью пучка.

Для экспрессного анализа радиационного или термического образования и отжига дефектов в металлах часто применяется анализ кривых УРАФ по максимуму скорости счета совпадений при θ =0 [5]. На рис.2 приведена зависимость N(θ) при θ=0 от концентрации в сплавах Ni-Fe после длительного упорядочивающего отжига и облучения. Сравнивая наши результаты с данными работы [5], можно предположить, что в сплавах Fe-(50-62)4 ат.% Ni происходит радиационный отжиг равномерно распределенных вакансий с взаимным перемешиванием атомов железа и никеля, а в сплавах Fe- (63-77) ат.%. Ni идет образование дефектов при облучении, подвижность которых ограничена сверхструктурной решеткой Ll2, существующей в определенном концентрационном интервале.

Выводы

  1. Радиационное воздействие электронов и позитронов высоких энергий на сплавы отличается от радиационно-термического воздействия электронов средних энергий тем, что в первом случае преобладает радиационное образование дефектов, во втором термические воздействия, приводящие к перераспределению и отжигу радиационных дефектов при высокой плотности пучка и градиенте температуры в облучаемом образце.
  2. При высокоэнергетическом облучении пробег первичных и вторичных заряженных частиц, гамма-излучения в материалах значителен и происходит более равномерное облучение по объему, тогда как пробег среднеэнергетических частиц ограничен величиной начальной энергии пучка.
  3. При облучении заряженными частицами высоких энергий в поле радиации происходит постоянная генерация точечных дефектов типа вакансия, междоузельный атом, которые активно рекомбинируют за счет высокой степени ионизации междоузельных и примесных атомов вторичными частицами и излучением.
  4. Существуют составы сплавов Ni-Fe, в которых электронная структура ионного остова кристаллической решетки менее подвержена изменениям при радиационном воздействии пучков электронов и позитронов высоких энергий.
  5. В гомогенизированных и упорядоченных сплавах системы Fe-Ni с содержанием никеля от 50 ат.% и выше происходит разупорядочение при комнатной температуре, в различной степени зависящее от концентрации никеля, причем для сплава со структурой, упорядоченной по типу Llо происходит значительно большее разупорядочение, чем в сплаве, обладающем сверхструктурой Ll2 .

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Дехтяр И.Я., Немошкаленко В. В. Электронная структура и электронные свойства переходных металлов и их сплавов. - Киев: Наук, думка. 1971.-302 с.
  2. Емец Н.Л., Пашук С.А., Ранюк Ю.Н. Расчет выхода продуктов взаимодействия фотонов и электронов с энергией до 350 МэВ с ядрами золота. - Вопр. атом. науки и техники. Сер. Физика радиацион. повреждений и радиацион. материаловедение, 1981. № 1 (15), с. 82-87.
  3. Ахиезер А.И., Шульга Н.Ф. Излучение релятивистских частиц в монокристаллах.- УФН,1982, 137. вып. 4, с. 561-604.
  4. Базылев В. А., Жеваго Н.К. Генерация интенсивного электромагнитного излучения релятивистскими частицами. - Там же, с. 605-662.
  5. Шалаев А.М., Адаменко А. А. Радиационно-стимулированное изменение электронной структуры. - М.: Атомиздат. 1977. -176 с.
  6. Михаленков В.С. Некоторые особенности позитронной аннигиляции в разбавленных сплавах. - Там же, с. 21-27.