Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінде философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін Елшибеков Ренат Бейбитұлы «8D07140 – Наноматериалдар және нанотехнологиялар» білім беру бағдарламасы бойынша «Карбидтік және оксидтік қосылыстар негізіндегі наноқұрылымды инертті матрицалардың радиациялық төзімділігін зерттеу» тақырыбында диссертациясы қорғалады.
Диссертация Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «Ядролық физика, жаңа материалдар мен технологиялар кафедрасы» кафедрасында орындалды.
Қорғау тілі - орыс тілінде
Ресми рецензенттер:
- Ерланұлы Ерасыл – PhD, Centre Environmental Engineering орталығының басшысы, Қазақ-Британ техникалық университеті (Алматы қ., Қазақстан Республикасы);
- Лежнев Сергей Николаевич – техника ғылымдарының кандидаты, профессор, «Рудный индустриалды университеті» КЕАҚ Металлургия және тау-кен ісі жоғары мектебінің профессоры (Рудный қ., Қазақстан Республикасы).
Диссертациялық кеңестің уақытша мүшелері:
- Мухамедов Нуржан Еролович – PhD, «Қазақстан Республикасының Ұлттық ядролық орталығы» РМК «Атом энергиясы институты» филиалының реактор отынын сынау зертханасының меңгерушісі (Курчатов қ., Қазақстан Республикасы).
- Сатбаева Зарина Аскарбековна – PhD, «Шәкәрім университеті» КЕАҚ «Техникалық физика және жылу энергетикасы» кафедрасының профессор-зерттеушісі (Семей қ., Қазақстан Республикасы);
- Мұхаметұлы Бағдәулет – PhD, Біріккен Ядролық Зерттеулер Институтының И.М. Франк атындағы Нейтрондық физика зертханасының директорының ғылыми жұмыс жөніндегі орынбасары (Дубна қ., Ресей Федерациясы).
Ғылыми кеңесшілері:
- Козловский Артем Леонидович – PhD докторы, «Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің» КЕАҚ ядролық физика, жаңа материалдар және технологиялар кафедрасының қауымдастырылған профессоры (Астана қ., Қазақстан Республикасы);
- Гиниятова Шолпан Гиниятовна – физика-математика ғылымдарының кандидаты, профессор, «Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің» КЕАҚ ядролық физика, жаңа материалдар және технологиялар кафедрасының оқытушы-зерттеушісі (Астана, Қазақстан Республикасы);
Углов Владимир Васильевич – физика-математика ғылымдарының докторы, профессор, Беларусь мемлекеттік университетінің физика факультетінің қатты дене физикасы және нанотехнология кафедрасының меңгерушісі (Минск қ., Беларусь Республикасы).
Қорғау 2026 жылғы 8 маусым, сағат 14:00 Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «8D07140 – Наноматериалдар және нанотехнологиялар» білім беру бағдарламасы бойынша «8D071 – Инженерия және инженерлік іс» кадрларды даярлау бағыты бойынша диссертациялық кеңесте өтеді. Диссертациялық кеңес отырысы аралас (офлайн және онлайн) форматта өткізіледі.
Сілтемесі: https://clck.ru/3TS9Jp
Мекен-жайы: Астана қ., Қажымұқан көшесі 13, 309-аудитория
Аңдатпа (қаз.): АҢДАТПА «8D07140 – Наноматериалдар және нанотехнологиялар» білім беру бағдарламасы бойынша философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін ұсынылған Елшібеков Ренат Бейбітұлының «Карбидтік және оксидтік қосылыстар негізіндегі наноқұрылымды инертті матрицалардың радиациялық төзімділігін зерттеу» тақырыбындағы диссертациялық жұмысы Диссертациялық зерттеудің өзектілігі. Жаңа буындағы ядролық реакторларды дамыту технологиялық шешімдерді жүзеге асыруға бағытталған, олар жабық отын цикліне көшуге, сондай-ақ Np, Am, Cm сияқты минорлы актинидтерді белсенді түрде кәдеге жарату және қайта өңдеу арқылы ұзақ өмір сүретін радиоактивті қалдықтардың көлемін азайтуға байланысты. Бұл минорлы актинидтердің пайдаланылған ядролық отында болуы жоғары ұзақ мерзімді радиоуыттылықты және қалдық жылу бөлінуін туындатады, бұл ядролық энергетиканың тұрақты дамуының негізгі мәселелерінің бірі болып табылады және ядролық реакторларды пайдалану барысында қалдықтардың жиналуын азайтуды талап етеді. Осыған байланысты соңғы жылдары минорлы актинидтердің тиімді трансмутациясын қамтамасыз етуге және ядролық отынның жану тереңдігін арттыруға бағытталған отын элементтерін әзірлеуге ерекше назар аударылуда. Қарастырылып отырған тәсілдердің ішінде дисперсті ядролық отын ерекше қызығушылық тудырады. Мұнда бөлінетін ядролық материал мен трансмутацияланатын материал инертті матрицада таралған, бұл дәстүрлі монолитті отын жинақтарымен салыстырғанда отын элементтерінің жылуфизикалық, механикалық және радиациялық қасиеттерін жаңа деңгейде басқаруға мүмкіндік береді. Соңғы жылдары дисперсті ядролық отын жоғары температуралы реакторларда және ұзақ өмір сүретін радионуклидтер мен минорлы актинидтердің трансмутациясына арналған жылдам нейтронды реакторларда қолдану үшін перспективалы нұсқа ретінде қарастырылуда. Дисперсті ядролық отынның негізгі артықшылықтарының бірі – микрокұрылымды мақсатты түрде оңтайландыру мүмкіндігі. Бұл матрица түрін, материалдарын, бөлшектер өлшемін, сондай-ақ бөлінетін материал мен инертті матрицаның салмақтық және көлемдік үлестерінің арақатынасын өзгерту арқылы жүзеге асады. Жоғары жылуөткізгіш элементтерді пайдалану температуралық градиенттер мен термиялық кернеулерді азайтады, бұл жоғары температура мен қарқынды нейтрондық сәулелену жағдайында аса маңызды. Сонымен қатар, дисперсті құрылым радиациялық зақымдардың жиналуына төзімділікті арттырады, газдық ісінуді азайтады және механикалық және жылуфизикалық қасиеттердің деградациясын төмендетеді. Матрица түріне байланысты дисперсті ядролық отын әдетте екі негізгі класқа бөлінеді: CERMET және CERCER, олар керамикалық-металл композиттері (CERMET) және керамикалы-керамикалық композиттер (CERCER). Бұл керамиканың әрбір класының өзіндік артықшылықтары мен шектеулері бар, олардың үйлесімі олардың әртүрлі ядролық реакторлар мен жұмыс режимдеріне жарамдылығын анықтайды. CERMET отын тұжырымдамасы молибден, вольфрам, цирконий және олардың қорытпаларына негізделген металл матрицаларын пайдаланады. Бұл композиттің жоғары тиімді жылу өткізгіштігін қамтамасыз етеді және жоғары қуат тығыздығы мен отынның жануының жоғарылауы кезінде пайда болатын отындағы температура градиенттері мен жылу кернеулерін азайтады. Металл матрицасы сонымен қатар нүктелік ақаулардың жоғары қозғалғыштығына және олардың рекомбинациясына байланысты радиациялық зақымның біркелкі таралуына ықпал етеді. Дегенмен, отынның осы класын ұзақ уақыт сәулелендіру кезінде ыдырау факторларының бірі - кіші актинидтердің альфа ыдырауы кезінде пайда болатын гелийдің жиналуы. Жиналу өзі негізінен металл фазасының негізгі бөлігіндегі отын-матрица интерфейсінде жүреді. Гелий көпіршіктерінің пайда болуы, өз кезегінде, жылу өткізгіштіктің жергілікті төмендеуіне, матрицаның морттығына және интерфейстік байланыстардың ыдырауына әкелуі мүмкін, бұл тұрақтылықты төмендетеді және ыдырау процесін жеделдетеді. CERCER отыны әдетте микроқұрылымның жоғары жылулық және радиациялық тұрақтылығын, сондай-ақ ядролық отынға химиялық инерттілігін қамтамасыз ету үшін MgO, ZrO2, MgAl2O4, SiC, BeO сияқты керамикалық матрицаны пайдаланады, осылайша жоғары температура мен радиациялық дозаларда фазааралық реакциялардың ықтималдығын азайтады. CERCER отынының бұл біріктірілген қасиеттері жылдам нейтронды реакторлар мен жоғары температуралы реакторлардың жұмыс жағдайында дисперсті отынның ұзақ мерзімді тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, металдар мен қорытпалармен салыстырғанда керамиканың төмен жылу өткізгіштігі отын ішіндегі температура өрісін қалыптастыруда дисперсті керамикалық бөлшектердің геометриясының рөлін арттырады, бұл жергілікті отынның қызып кетуіне жол бермеу үшін қосымша технологиялық шешімдерді қажет етеді. Атап айтқанда, бөлінетін ядролық материалдың мөлшері, пішіні және кеңістіктік таралуы, сондай-ақ керамикалық матрицаның өзінің көлемдік үлесі жергілікті температура градиентінің өзгеруіне және жергілікті қызып кету ықтималдығына шешуші әсер етеді. Бұл өз кезегінде керамикалық матрица өндірісі әдістерін оңтайландыруды, керамиканың бірнеше түрін біріктіретін композиттік қосылыстарды пайдалану мүмкіндігін, сондай-ақ кеуектілікті бақылауды және бөлінетін материал мен матрица арасындағы шекараларға жақын жылу кедергісін азайтуды талап етеді. Гелийдің жиналуымен байланысты жұмыс кезіндегі құрылымдық деградация әдетте матрица түйіршіктерінің шекараларына жақын және беткі қабаттарда локализацияланған, бұл өз кезегінде жинақталған гелийдің маңызды концентрацияларында микрожарықтардың пайда болуына және бұзылуына әкелуі мүмкін. Керамикадағы гелийдің ерігіштігі шектеулі болғандықтан, оның жиналуы әдетте матрица түйіршіктерінің шекараларына жақын, фазааралық шекараларда және матрицаның беткі қабаттарында жүреді. Сонымен қатар, егер гелийдің маңызды концентрацияларына жетсе, пайда болған көпіршіктер мен газбен толтырылған қосындылар қосымша жергілікті деформация кернеулерін тудырады, бұл микрожарықтардың өсуіне және жылу өткізгіштіктің нашарлауына әкеледі, бұл ұзақ мерзімді жұмыс кезінде беткі қабаттардың термомеханикалық тұрақсыздану қаупін және ядролық отынның жану тереңдігі артқан сайын дозалық жүктемелердің артуын арттырады. Дисперсті отын матрицалары ретінде пайдалану үшін оңтайлы композиттік керамикалық композицияларға қол жеткізудің бір тәсілі – BeO немесе SiC сияқты жоғары жылу өткізгіш керамиканы композиттерге қосу. Бұл тұжырымдама осы жоғары жылу өткізгіш керамиканы MgO, ZrO2 және MgAl2O4 сияқты оксидті керамикаға қосуды қамтиды, олар газдың ісінуіне, механикалық беріктікке және сыртқы механикалық жүктемелер мен қысымға, сондай-ақ жылу соққысына жеткілікті төзімділік көрсетеді. Бұл тұжырымдама жоғары өткізгіш керамика квази-үздіксіз желіні құрайтын, бөлінетін ядролық материалдан қаптамаға тиімді жылу беруді қамтамасыз ететін перколяциялық жылу өткізгіш құрылымдарды құру мүмкіндігіне негізделген. Композиттік керамиканың оксидтік компоненттері сонымен қатар құрылымдық зақымданулар жиналған кезде микрожарықтардың таралуын шектейтін және тежейтін механикалық берік қаңқаны жасайды. Мұндай композиттік керамиканың жоғары тиімділігін қамтамасыз ететін негізгі факторларға композит ішіндегі жылу өткізгіш фазаның көлемдік үлестерін және таралуын оңтайландыру жатады. Бұл жылу өткізгіштік сипаттамалары, механикалық және беріктік қасиеттері, сондай-ақ ядролық отынның бөліну фрагменттерімен де, ядролық реакция өнімдерімен де байланысты радиациялық зақымданудың жиналуына төзімділік арасындағы оңтайлы тепе-теңдікті қамтамасыз етеді. Сондай-ақ, композиттік керамиканы әзірлеу бірқатар шектеулерді, соның ішінде фазалардың жылулық кеңею коэффициенттеріндегі айырмашылықтарды, жоғары температура мен сәулелену дозаларындағы фазааралық шекаралардың тұрақтылығын және радиациялық ақаулардың жиналуы кезіндегі композиттік керамиканың микроқұрылымының эволюциясын ескеруді қажет ететінін атап өткен жөн. Оксидті керамика мен жоғары жылу өткізгіш карбидті керамиканың үйлесіміне негізделген CERCER сияқты дисперсті ядролық отынға арналған композиттік керамиканы әзірлеу дисперсті ядролық отынның термомеханикалық сенімділігі мен жұмыс тұрақтылығын арттыруға байланысты перспективалы зерттеу саласы болып саналады. Осыған байланысты, композиттік керамика құрамының өзгергіштігін және олардың сыртқы әсерлерге, соның ішінде жоғары дозалы сәулеленуге және беткі қабаттарда газбен толтырылған гелий қосындыларының пайда болуына төзімділігін зерттеуге бағытталған күрделі эксперименттік жұмыстарды қамтитын зерттеулер жаңа буын ядролық реакторлары үшін отын элементтерінің бір түрі ретінде дисперсті ядролық отынға үлкен қызығушылық тудыратындықтан өте өзекті. Диссертациядық зерттеудің мақсаты. Диссертацияның зерттеудің негізгі мақсаты – композиттік (1-x)ZrO2 – xSiC керамикасындағы компоненттердің арақатынасын өзгертудің фазалық құрамның өзгеруіне және беткі қабаттарда гелийдің жиналуынан туындаған радиациялық зақымданудың жиналуына және газдың ісінуіне төзімділікке әсерін анықтау. Диссертациядық зерттеудің міндеттері. Осы диссертацияның мақсатына, сондай-ақ таңдалған зерттеу саласындағы негізгі міндеттерге сүйене отырып, келесі мақсаттар тұжырымдалды. Олардың шешімі (1-x)ZrO2 – xSiC керамикасының қасиеттері және оларды дисперсті ядролық отын үшін инертті матрицалық материалдар ретінде қолдану мүмкіндігі туралы жаңа деректер берді: 1. Механохимиялық қатты фазалы синтезді қолдана отырып, композиттік (1-x)ZrO2 – xSiC керамикасын өндіру режимдерін әзірлеу және алынған үлгілерді жан-жақты сипаттау арқылы әрі қарай зерттеу үшін оңтайлы құрамдарды анықтау. 2. Төмен энергиялы He2+ иондарымен жоғары дозалы сәулелену кезінде радиациялық зақымның жиналу кинетикасын, сондай-ақ әртүрлі компоненттік қатынастары бар (1-x)ZrO2 – xSiC керамикасындағы фазалық өзгерістерге байланысты газдың ісінуін тежеу механизмдерін зерттеу. 3. Төмен энергиялы He2+ иондарымен сәулелену кезінде температураның әсерінен және сәулеленуден кейінгі термиялық күйдіруден (1-x)ZrO2 – xSiC керамикасының беткі қабаттарындағы зақымданудың эволюциясындағы рөлін анықтау. Зерттеу нысандары. Зерттеу үшін композиттік (1-x)ZrO2 – xSiC керамикасы таңдалды. Бұл керамика компоненттік қатынасты x = 0,1-ден 0-ге дейін өзгерту арқылы алынды. Бұл m-ZrO2 → t-ZrSiO4 сияқты реактивті фазалық түрлендірулерді бастау арқылы фазалық құрамды өзгерту мүмкіндігін береді. Композиттік керамиканың бұл түрі жоғары беріктік қасиеттеріне, химиялық инерттілігіне, сондай-ақ жақсы жылу өткізгіштігіне және температураның өзгеруіне төзімділігіне ие CERCER сияқты дисперсті ядролық отынның инертті матрицалары үшін перспективалы материалдарды жасау мүмкіндігіне байланысты таңдалды. Зерттеу пәні. Зерттеушінің диссертациясының тақырыбы – құрамдағы компоненттердің қатынасының өзгеруімен композиттік (1-x)ZrO2 – xSiC керамикасындағы реактивті фазалық түрлендірулер, құрылымдық-фазалық күйдің эволюциясы, беріктіктің өзгеруі және термофизикалық сипаттамалар арасындағы байланысты зерттеуге, сондай-ақ газдың ісінуі кезінде керамиканың беткі қабаттарына радиациялық зақымданудың кинетикасын анықтауға бағытталған кешенді зерттеулер жүргізу. Зерттеу әдістері. Компоненттік вариациялары x=0,05-тен x=0,5-ке дейінгі диапазондағы композитті (1-x)ZrO2-xSiC керамикасын синтездеу механохимиялық қатты фазалы фрезерлеуді қолдану арқылы жүзеге асырылды, содан кейін оттегі бар ортада муфель пешінде термиялық күйдіру жүргізілді. Термиялық күйдіруге дейін және одан кейін әртүрлі компоненттік қатынастары бар алынған керамиканың морфологиялық ерекшеліктері, фазалық түрлендірулерден басқа, қайта кристалдану процестеріне байланысты дән морфологиясының өзгеруіне әкеледі, сканерлеуші электронды микроскопияны қолдану арқылы анықталды. Әртүрлі компоненттік қатынастары бар (1-x)ZrO2-xSiC керамикасының құрамындағы реактивті фазалық түрлендірулердің кинетикасы, сондай-ақ құрылымдық параметрлердің өзгеруі рентгендік дифракция және Раман спектроскопиясы арқылы зерттелді. Беріктік сипаттамалары, әсіресе қаттылық және жарықшақтарға төзімділік, жер асты қабатындағы таяз тереңдікте өлшеулер алу үшін төмен жүктемелер кезінде шегініс әдісін қолдану арқылы анықталды. (1-x)ZrO2-xSiC керамикасының термиялық соққы мен жоғары температуралық қартаюды модельдейтін сыртқы температуралық әсерлерге тұрақтылығы керамикаға термиялық әсерлерге қатысты стандартты эксперименттік әдістерді қолдана отырып анықталды. Радиациялық зақымданудың жиналуының және газдың ісіну процестерінің кинетикасы сәулелену ағыны мен температурасын өзгерту арқылы төмен энергиялы He2+ иондық сәулеленуімен модельдеу эксперименттері арқылы зерттелді. Құрылымдық өзгерістер және олардың сәулелену ағыны мен температурасына байланысты жер асты қабатының бұзылуындағы рөлі рентгендік дифракция деректерін салыстырмалы талдау және рентгендік дифракциялық үлгілердің толық профильді талдауы арқылы анықталды. Ғылыми жаңалығы. Бұл диссертацияның ғылыми жаңалығы композиттік (1-x)ZrO2 – xSiC керамикасын дисперсті ядролық отынның инертті матрицаларына кандидат материалдар ретінде зерттеуге кешенді және жүйелі тәсілде жатыр. Композиттік (1-x)ZrO2 – xSiC керамикасының құрамындағы компоненттік қатынастардың өзгеруінің әсері бойынша жүргізілген зерттеулер негізінде реактивті фазалық түрленулер мен беріктік пен термофизикалық параметрлердің өзгеруі арасындағы байланыстар анықталды және жоғары беріктікті керамиканың пайда болуындағы фазалық құрамның рөлі анықталды. Зерттелген керамиканың беріктік қасиеттерін талдау цирконий фазасы ZrSiO4 құрылымында 0,7 ZrO2-ден 0,3 SiC-ге дейінгі компоненттік қатынаста қосындылардың пайда болуы ZrO2-мен салыстырғанда беріктік сипаттамаларының 45-50%-ға артуына әкелетінін көрсетті. Сонымен қатар, реакция тудырған фазалық түрленулер нәтижесінде ZrSiO4 салмақ фракциясын арттыру және моноклиникалық ZrO2 фазасын ығыстыру ZrO2 керамикасымен салыстырғанда күшейту тиімділігінің 30%-ға дейін төмендеуіне әкеледі. Рационалды фазалық түрленулер мен фазааралық шекаралардың радиациялық газдың ісінуін, ақаулық кешендердің пайда болуын және төмен энергиялы He2+ иондарымен жоғары дозалы сәулелену кезінде зақымдалған қабаттың эволюциясын тежеу механизмдеріндегі рөлі анықталды. Композиттік (1-x)ZrO2 – xSiC керамикасының фазалық құрамының өзгеруінің беткі қабатта радиациялық ақаулардың жиналу процестеріне әсерін зерттеуге бағытталған зерттеулер барысында құрылымдық өзгерістерде гелийдің жиналуы кезінде газдың ісінуінен туындаған деформациялық бұрмаланулар басым рөл атқаратыны, ал деформация дәрежесі сәулелену жылдамдығына тікелей тәуелді екені және деформациялық бұрмаланулардың шектелуі үш фаза қоспасының қатты ерітіндісімен жасалған фазааралық шекаралардың болуына байланысты болатыны анықталды. Сонымен қатар, 3×1017 – 5×1017 ион/см2 сәулелендіру флюенцияларында беткі қабаттың құрамында аморфты тәрізді қосындылардың пайда болуы байқалатыны анықталды, олардың болуы гелийдің жоғары концентрациясында газ қосындыларының жиналуына байланысты. Қорғауға ұсынылатын негізгі тұжырымдар. 1. Композиттік (1-x)ZrO2 - xSiC керамикасының зерттелген үлгілерінің рентгендік фазалық талдауын қолдана отырып, керамикадағы SiC үлесін 0,5-ке дейін арттыру m-ZrO2 → t-ZrSiO4 типті реактивті фазалық түрленулердің инициализациясына әкелетіні, олардың түзілуі керамиканың нығаюына және қаттылығының және термиялық соққы әсеріне төзімділігінің артуына әкелетіні анықталды. 2. Төмен энергиялы He2+ иондарымен сәулелендіру кезінде радиациялық зақымданудың жиналуының және газдың ісінуінің кинетикасын зерттеу бойынша эксперименттік жұмыстың нәтижелері (1-x)ZrO2 - xSiC керамикасының құрамында реактивті фазалық түрленулерден туындаған фазааралық шекаралардың болуы ZrO2 керамикасымен салыстырғанда беткі қабаттың кристалдық құрылымының деформациялық ісінуін 1,5-2,0 есеге тежеуге әкелетінін көрсетті. 3. (1-x)ZrO2 - xSiC керамикасының құрамындағы компоненттердің арақатынасының өзгеруі беткі қабаттың бұзылуының төмендеуіне және жоғары температуралы сәулелену жағдайында беткі қабаттағы нүктелік және вакансиялық ақаулардың миграциясының басылуына байланысты радиациялық ақаулардың зақымдалған қабатқа термиялық индукцияланған диффузия механизмдерінің баяулауына әкелетіні анықталды. Зерттеу нәтижелерінің теориялық және практикалық маңыздылығы. Алынған нәтижелер әртүрлі компоненттік қатынастары бар композиттік (1-x)ZrO2 – xSiC керамикасының фазалық құрамындағы өзгерістерді көрсетеді. Бұл өзгерістер керамика ішінде силикат фазаларының пайда болуына әкелетін реактивті фазалық түрленулерден туындайды, бұл морфологиялық, құрылымдық, беріктік және жылу параметрлерінің өзгеруімен қатар жүреді. Бұл тәжірибелердің нәтижелері дисперсті ядролық отынның инертті матрицалары үшін композиттік керамиканың оңтайлы құрамын анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін. Сонымен қатар, (1-x)ZrO2 – xSiC керамикасындағы реактивті фазалық түрленулердің алынған нәтижелері композиттік керамикадағы фазалық өзгеру процестері туралы түсінігімізді кеңейтеді, оны екі жүйенің фазалық диаграммаларын нақтылау үшін пайдалануға болады. (1–x)ZrO2 – xSiC жүйесіндегі әртүрлі фазалық қатынастар үшін кристалдық құрылымның деформациядан туындаған бұрмалану дәрежесі мен сәулелену ағыны арасындағы тікелей сандық байланыс анықталды, бұл бізге радиациялық зақымдану мен газдың ісіну кинетикасын басқарудағы керамиканың фазалық құрамындағы вариациялардың рөлін анықтауға мүмкіндік берді. Оксид, карбид және силикат фазаларының қатты ерітіндісінің пайда болуы нәтижесінде пайда болатын фазааралық шекаралардың болуы кернеуді қайта бөлу және газ кешендерінің локализациясы арқылы радиациялық деформацияның бұрмалануын тежейтіні анықталды. Бетке жақын қабаттардың фазалық құрамы, микроқұрылымы және механикалық қасиеттері мен радиациялық зақымдану арасындағы байланыс туралы эксперименттік деректер алынды, бұл дисперсті ядролық отынның инертті матрицалары үшін перспективалы материалдар болып табылатын оксид-карбидті композиттік керамиканың радиациялық ыдырау механизмдерін түсінуімізді кеңейтеді. Композиттік керамиканың бетке жақын қабаттарында радиациялық зақымданудың жиналу механизмдерін зерттейтін эксперименттік зерттеулердің нәтижелері радиациялық төзімділіктің болашақ модельдеу сынақтарында, сондай-ақ керамикалық материалдарда гелийдің жиналуы мен радиациялық зақымданудан туындаған ісіну үшін есептеу модельдерін валидациялауда қолданылуы мүмкін. Бұл ұзақ мерзімді сәулелену жағдайында материалдың мінез-құлқын болжау мүмкіндіктерін кеңейтеді және қымбат реакторлық тәжірибелерге қажеттілікті азайтады. Алынған нәтижелердің сенімділігі. Композиттік керамика өндірісінің режимдерін әзірлеуге қатысты барлық эксперименттік жұмыстар механохимиялық қатты фазалы синтез эксперименттеріне арналған белгіленген нұсқауларға қатаң сәйкес жүргізілді. Бұған араластыру үшін дәл үлгі салмағын сақтау, арнайы контроллерді пайдаланып ұнтақтау жылдамдығы мен уақытын бақылау және ұнтақтаудан кейін қалған ұнтақталған ұнтақтарды шаю және кейінгі ультрадыбыстық өңдеу арқылы ұнтақтау ортасы мен стаканды толығымен тазарту кірді. Иондаушы сәулеленудің керамикалық беткі қабаттың құрылымына әсерін қайталауды қамтамасыз ету үшін үлгіні сәулелендірумен байланысты эксперименттер параллель жүргізілді, бұл сәулелену ағынына байланысты болды, ол арнайы сәуле параметрі мен бөлшектер ағынының тығыздығын бақылау жүйесі арқылы бақыланды. Сәулелену кезіндегі жылу әсерлерінің рөлін анықтауға бағытталған эксперименттер жылытқышпен жабдықталған керамикалық нысана ұстағышын пайдаланып жүргізілді. Сәулелену кезінде үлгі температурасы ұстағыштың бетіне де, сәулелену кезінде үлгілердің бетіне де орналастырылған термопараларды пайдаланып бақыланды. Керамиканың жылу өткізгіштігіне байланысты пайда болатын үлгі мен қыздырғыш арасындағы температура айырмашылығымен байланысты әсерлерді жою үшін сәулелендіру тек қыздыру нәтижесінде үлгі тұрақты алдын ала белгіленген температураға жеткеннен кейін ғана жүргізілді. Композиттік керамиканың морфологиялық және құрылымдық ерекшеліктері, фазалық құрамы, беріктігі және жылулық қасиеттері сертификатталған жабдықты, стандартталған зерттеу әдістерін және лицензияланған бағдарламалық жасақтаманы пайдаланып анықталды. Өлшеу кезінде барлық өлшенген мәндер үшін стандартты ауытқулар мен өлшеу қателіктері анықталды, бұл бізге эксперименттердің қайталануын бағалауға және кейінгі түсіндіру кезінде өлшеулер мен эксперименттік нәтижелерге теріс әсер етуі мүмкін әртүрлі факторларды жоюға мүмкіндік берді. Бұл диссертацияда таңдалған зерттеу саласында әдебиетке шолу кезінде алынған эксперименттік деректерді анық көрсету және визуализациялау үшін әртүрлі әсерлер мен қатынастарды схемалық түрде көрсету үшін жасанды интеллект (ЖИ) және ЖИ негізіндегі бағдарламалар пайдаланылды. Эксперименттік деректерді талдау, түсіндіру немесе сипаттау кезінде ЖИ құралдары қолданылмады. Алынған деректерді басқа зерттеулердің нәтижелерімен визуализациялау және салыстыру үшін эксперименттік нәтижелерді визуализациялау графикалық редакторларды пайдалану арқылы жүзеге асырылды. Жүргізілген зерттеудің негізгі нәтижелері халықаралық конференцияларда ғылыми баяндамалар түрінде тексерілді және халықаралық және отандық журналдарда жарияланды, шетелдік сарапшылардың рецензиясынан өтті. Ізденушінің жеке үлесі. Механохимиялық қатты фазалы синтезді қолдана отырып (1-x)ZrO2 - xSiC композиттік керамикасын өндіру режимдерін әзірлеуге байланысты эксперименттік жұмысты кандидат Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің инженерлік профиль зертханасында орындады. Зерттелген композиттік керамиканың құрылымдық ерекшеліктерін сканерлеуші электронды микроскопия, рентгендік дифракция және раман спектроскопиясы арқылы сипаттау, сондай-ақ иондық сәулелендіру нәтижесінде керамиканың беткі қабаттарының газ ісінуін модельдеуге байланысты жұмысты кандидат Ядролық физика институтының Астана филиалының қатты дене физикасы зертханасында орындады. Алынған нәтижелерді талдау және түсіндіру, құрылымдық және фазалық тәуелділіктерді анықтау, сондай-ақ олардың беріктіктің, термофизикалық параметрлердің және радиациялық зақымдануға төзімділіктің өзгеруіндегі рөлі кандидатпен диссертациялық жұмысы және докторантура бағдарламасы бойынша ғылыми тағылымдама аясында ғылыми жетекшілерімен бірге талданды. Ғылыми жобалармен және бағдарламалармен байланысы. Дисперсті ядролық отынның инертті матрицалары үшін құрылымдық материалдар ретінде қарастырылатын композиттік керамика өндірісінің режимдерін әзірлеуге байланысты эксперименттік жұмыстар Қазақстан Республикасы Ғылым және жоғары білім министрлігі Ғылым комитетінің қолдауымен BR28713365 «Ядролық және баламалы энергетикаға арналған құрылымдық материалдарды жасау және модификациялау бойынша технологиялық шешімдерді әзірлеу» бағдарламалық-мақсатты қаржыландыруы аясында (іске асыру жылдары 2025-2027) жүргізілді. Беткі қабаттардың газ ісінуімен байланысты радиациялық зақымданудың кинетикасын зерттеу, сондай-ақ композиттік керамикадағы беткі қабаттардың деградация кинетикасын зерттеу жұмыстары Қазақстан Республикасы Ғылым және жоғары білім министрлігі Ғылым комитетінің қолдауымен AP260104441 «Ядролық реакция өнімдерінің жинақталуы кезінде наноқұрылымды композиттік нитрид және карбонитридті керамикадағы газ ісіну механизмдерін зерттеу» гранттық қаржыландыру жобасы аясында (іске асыру жылдары 2025-2027) жүргізілді. Зерттеу нәтижелерін ұсыну. Диссертациялық зерттеудің негізгі нәтижелері халықаралық ғылыми конференциялардағы ғылыми баяндамаларда ұсынылды: ‒ «Ядролық энергетика және ядролық технологиялардың қазіргі заманғы мәселесі» 9-шы халықаралық ғылыми конференциясы (Ташкент, 2025). ‒ «Қатты денелермен радиациялық өзара әрекеттесу» 16-шы халықаралық ғылыми конференциясы (Минск, 2025). Жарияланымдар. Диссертациялық зерттеудің негізгі нәтижелері алты ғылыми мақалада ұсынылған, оның ішінде Web of Science және Scopus халықаралық дерекқорларында индекстелген журналдарда жарияланған екі мақала, ҚР ҒЖБСҚЕ тізіміндегі екі мақала және конференция материалдарында жарияланған екі тезис бар. Диссертацияның құрылымы мен көлемі. Диссертация 115 баспа бетінде, соның ішінде 29 сурет, 3 кесте және 109 әдебиеттер көзіне сілтемеден тұрады. Ол кіріспеден, өзара байланысты төрт бөлімнен, қорытындыдан және әдебиеттер тізімінен тұрады. Әрбір тарау жүргізілген зерттеулердің қысқаша мазмұнымен және алынған нәтижелердің практикалық маңыздылығымен аяқталады. Кіріспе диссертациялық зерттеудің өзектілігін көрсетеді, дисперсті ядролық отынның инертті матрицаларына арналған композиттік керамика саласындағы әзірлемелердің қажеттілігінің себептері туралы қысқаша ақпарат береді. Кіріспеде диссертацияның негізгі мақсаты мен міндеттері тұжырымдалған, қорғалатын негізгі ережелер ұсынылған және алынған зерттеу нәтижелерінің жаңалығы мен практикалық маңыздылығы көрсетілген. Диссертацияның бірінші бөлімінде келесі буын ядролық реакторларына арналған отын элементтерін әзірлеудің негізгі тұжырымдамаларына қысқаша шолу жасалған. Онда жоғары температуралы реакторлар, газбен салқындатылатын реакторлар, жылдам нейтронды реакторлар және модульдік реакторлар үшін ең перспективалы деп саналатын әртүрлі отын түрлері егжей-тегжейлі сипатталған. Зерттеу экстремалды жағдайларда жұмыс істейтін отынның негізгі критерийлеріне сәйкес келетін ең перспективалы отын түрлерінің бірі болып табылатын дисперсті ядролық отынға бағытталған. Шолуда керамикалық материалдардағы радиациялық зақымдану механизмдері туралы ақпарат берілген, олар жоғары температура мен радиацияның жоғары дозаларына ұшырауды қоса алғанда, экстремалды жұмыс жағдайларына төтеп бере алатын перспективалы материалдар класы болып саналады. Диссертацияның екінші бөлімінде (1-x)ZrO2 – xSiC керамикасының өндіріс режимдерін оңтайлы құрамдарды анықтауға, фазалық өзгерістер мен беріктік пен жылу параметрлері арасындағы байланысты анықтауға бағытталған зерттеу әдістері мен негізгі эксперименттік жұмыстар, сондай-ақ керамиканың беткі қабаттарына төмен энергиялы иондық сәулеленудің әсерін модельдеуге байланысты эксперименттер сипатталған. Бұл бөлімде қажет болған жағдайда қайталауға мүмкіндік беретін негізгі эксперименттер егжей-тегжейлі сипатталған және диссертацияның мақсаты мен міндеттеріне сәйкес нәтижелерге қол жеткізуге бағытталған эксперименттік процестер егжей-тегжейлі сипатталған. Үшінші бөлім композиттік (1-x)ZrO2 - xSiC керамикасының құрамындағы реактивті фазалық трансформация процестерін, сондай-ақ олардың керамиканың морфологиялық, құрылымдық, беріктік және жылулық параметрлерін өзгертудегі рөлін зерттеуге арналған. Рентгендік фазалық талдау және Раман спектроскопиясының алынған деректеріне сәйкес, құрамдағы компоненттердің арақатынасының өзгеруімен керамиканың фазалық құрамы мен құрылымдық ерекшеліктерінің өзгеру динамикасы анықталды, бұл m-ZrO2 → t-ZrSiO4 типті реактивті фазалық трансформация процестерін инициализациялауға байланысты. Фазалық трансформациялардың рөлін және беріктік пен жылулық параметрлердің өзгеруін анықтауға бағытталған зерттеулер барысында реактивті фазалық трансформациялардан туындаған фазалық құрамның өзгерістері мен құрамдағы компоненттердің арақатынасының өзгерістері мен беріктік пен жылулық параметрлердің өзгеру нәтижелері арасындағы байланыстар орнатылды. Зерттелген керамиканың ең жоғары беріктік пен жылулық қасиеттерін беретін композиттік керамикадағы оңтайлы компоненттердің арақатынасы анықталды. Бұл диссертацияның төртінші бөлімі зерттелген (1-x)ZrO2 - xSiC композиттік керамикасының төмен энергиялы He2+ иондарымен жоғары дозалы сәулеленуден туындайтын газдың ісіну процестеріне радиациялық төзімділігін зерттеуге, сондай-ақ сәулелену кезіндегі жылулық әсерлердің зерттелген керамиканың құрылымдық және беріктік қасиеттерінің өзгеруінің кинетикасына әсерін анықтауға арналған. Сынақ үлгілері ретінде әртүрлі фазалық құрамы бар үш түрлі керамика таңдалды. Қорытындыда эксперименттік нәтижелер қорытындыланады және (1-x)ZrO2 - xSiC композиттік керамикасының фазалық құрамының өзгеруіне байланысты, сондай-ақ төмен энергиялы He2+ иондарымен жоғары дозалы сәулелену кезінде газдың ісіну процестерін модельдеумен байланысты сыртқы әсерлерге байланысты байқалған өзгерістер арасындағы негізгі байланыстар тұжырымдалды.
Зерттеулерді этикалық бағалау жөніндегі комиссияның қорытындысы
Диссертациялық кеңестің шешімі
Диссертация қорғауының бейнежазбасы: https://www.youtube.com/watch?v=lOwqgwGPZ7A
