В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Елшибекова Рената Бейбитұлы на тему «Изучение радиационной стойкости наноструктурированных инертных матриц на основе карбидных и оксидных соединений» по образовательной программе «8D07140 – Наноматериалы и нанотехнологии».
Диссертация выполнена на кафедре «Кафедра Ядерной физики, новых материалов и технологий» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - на русском
Официальные рецензенты:
- Ерланұлы Ерасыл – PhD, Руководитель Centre Environmental Engineering, Казахстанско – Британский технический университет (г.Алматы, Республика Казахстан);
- Лежнев Сергей Николаевич – кандидат технических наук, профессор, профессор Высшей школы Металлургии и горного дела, НАО «Рудненский индустриальный университет» (г. Рудный, Республика Казахстан).
Временные члены Диссертационного совета:
- Мухамедов Нуржан Еролович – PhD, начальник лаборатории испытаний реакторного топлива филиала «Институт атомной энергии» РГП «Национальный ядерный центр Республики Казахстан» (г. Курчатов, Республика Казахстан).
- Сатбаева Зарина Аскарбековна – PhD, профессор-исследователь кафедры «Техническая физика и теплоэнергетика», НАО «Шәкәрім Университет» (г. Семей, Республика Казахстан);
- Мұхаметұлы Бағдәулет – PhD, заместитель директора по научной работе Лаборатории нейтронной физики им. И.М. Франка, Объединенный институт ядерных исследований (г.Дубна, Российская Федерация).
Научные консультанты:
- Козловский Артем Леонидович – доктор PhD, ассоциированный профессор кафедры ядерной физики, новых материалов и технологий, НАО «Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева» (г. Астана, Республика Казахстан);
- Гиниятова Шолпан Гиниятовна – кандидат физико-математических наук, профессор, преподаватель-исследователь кафедры ядерной физики, новых материалов и технологий, НАО «Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева» (г. Астана, Республика Казахстан);
Углов Владимир Васильевич – доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физики твердого тела и нанотехнологий Физического факультета Белорусского государственного университета (г. Минск, Республика Беларусь).
Защита состоится: 8 июня 2026 года 14:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D071 – Инженерия и инженерное дело» по образовательной программе «8D07140 – Наноматериалы и нанотехнологии» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Заседание диссертационного совета состоится в смешанном (офлайн и онлайн) формате.
Ссылка: https://clck.ru/3TS9Jp
Адрес: г. Астана, ул. Кажымукана 13, аудитория 309.
Аннотация (рус.): АННОТАЦИЯ диссертационной работы Елшибекова Рената Бейбитұлы «Изучение радиационной стойкости наноструктурированных инертных матриц на основе карбидных и оксидных соединений», представленной на соискание степени доктора философии (PhD) по образовательной программе «8D07140-Наноматериалы и нанотехнологии» Актуальность диссертационного исследования. Развитие ядерных реакторов нового поколения, как известно, ориентировано на реализацию технологических решений, связанных переходом на замкнутый топливный цикл, а также снижение объема долгоживущих радиоактивных отходов за счет активной утилизации и переработки минорных актинидов, таких как Np, Am, Cm и др. наличие данных минорных актинидов в отработанном ядерном топливе обуславливает высокую долговременную радиотоксичность, а также остаточное тепловыделение, являющихся одними из ключевых проблем устойчивого развития ядерной энергетики, связанной с необходимостью снижения накопления ядерных отходов в процессе эксплуатации ядерных реакторов. В этой связи, большое внимание в последние годы уделяется разработкам топливных элементов, направленным на обеспечение эффективной трансмутации минорных актинидов, а также увеличения глубины выгорания ядерного топлива в процессе его эксплуатации. Среди рассматриваемых подходов и предлагаемых технологических решений особый интерес проявлен к дисперсному ядерному топливу, в котором делящееся ядерное топливо и трансмутируемый материал распределен в инертной матрице, что позволяет обеспечить новый уровень управления теплофизическими, механическими и радиационными свойствами топливных элементов в сравнении с традиционными монолитными тепловыделяющими сборками. Также в последние годы, дисперсное ядерное топливо рассматривается как один из перспективных кандидатов для применения их в высокотемпературных ядерных реакторах, реакторах на быстрых нейтронах, предназначенных для транмутации долгоживущих радионуклидов и минорных актинидов. При этом одним из ключевых преимуществ дисперсного ядерного топлива является возможность целенаправленной оптимизации микроструктуры, включающей в себя вариацию материалов и типа матриц, размера частиц, а также изменения соотношения весовых и объемных долей делящегося ядерного материала и инертной матрицы с учетом их пространственного распределения. При этом использование высокотеплопроводящих элементов в инертной матрице позволяет снизить разницу температурных градиентов и термические напряжения в топливе, что весьма важно в условиях эксплуатации при интенсивном нейтронном облучении и в высокотемпературных режимах. Также следует отметить, что дисперсная структура способствует увеличению устойчивости к накоплению радиационных повреждений, снижению эффектов газового распухания и деградации прочностных и теплофизических параметров. В зависимости от типа матрицы, дисперсное ядерное топливо принято разделять на два основных класса – CERMET и CERCER, представляющих собой соединения керамики и металла (CERMET) и керамики с керамикой (CERCER). При этом каждый из классов данных керамик обладает своими преимуществами и ограничениями, совокупность которых определяет из применимость в различных типах ядерных реакторов, а также режимах эксплуатации. Концепция топлива класса CERMET включает в себя использование металлических матриц на основе молибдена, вольфрама, циркония и их сплавов, что позволяет обеспечить высокую эффективную теплопроводность композита, а также снизить температурные градиенты и термические напряжения в топливе, возникающие при высоких плотностях энерговыделения и повышении глубины выгорания ядерного топлива. При этом металлическая матрица способствует равномерному распределению радиационных повреждений за счет высокой подвижности точечных дефектов и их рекомбинации. Однако при длительном облучении данного класса топлива один из факторов деградации является накопление гелия, формирование которого происходит при альфа – распаде минорных актинидов, а само накопление происходит преимущественно на границе «топливо – матрица» в объеме металлической фазы. В свою очередь формирование гелиевых пузырьков способно привести к локальному снижению теплопроводности, охрупчиванию матрицы и деградации межфазных связей, что снижает устойчивость и ускоряет процесс деструкции. В топливе CERCER, как правило, керамическая матрица, типа MgO, ZrO2, MgAl2O4, SiC, BeO позволяет обеспечить высокую термическую и радиационную стабильность микроструктуры, а также химическую инертность к ядерному топливу, тем самым снижая вероятность возникновения межфазных реакций при высоких температурах и дозах облучения. Совокупность данных свойств CERCER топлива открывает возможность сохранения долговременной стабильности дисперсного топлива в условиях эксплуатации реакторов на быстрых нейтронах и высокотемпературных реакторов. При этом более низкие значения теплопроводности керамик по сравнению с металлами и сплавами, приводит к усилению роли геометрии дисперсных керамических частиц в формировании температурного поля в топливе, что требует дополнительных технологических решений, позволяющих исключить возникновение эффектов локального перегрева топлива. В частности, размеры, форма и пространственное распределение делящегося ядерного материала, а также объемная доля самой керамической матрицы, оказывают определяющее влияние на вариацию величины локального температурного градиента, а также вероятность локального перегрева, что в свою очередь требует оптимизации способов получения керамических матриц, возможности использования композитных соединений, сочетающих в себе несколько типов керамик, а также контроль за пористостью и минимизацией к тепловому сопротивлению вблизи границ между делящимся материалом и матрицей. Структурная деградация в процессе эксплуатации связанная с накоплением гелия, как правило, локализуется вблизи границ зерен матрицы и приповерхностных слоях, что в свою очередь может привести к образованию микротрещин и деструкции при критических концентрациях накопленного гелия. Ввиду ограниченной растворимости гелия в керамиках, его аккумуляция, как правило, происходит вблизи границ зерен матрицы, на межфазных границах, а также в приповерхностных слоях матрицы. При этом в случае достижения критических концентраций гелия, образованные пузырьки и газонаполненные включения, создают дополнительные локальные деформационные напряжения, что приводит к росту микротрещин, деградации теплопроводности, что повышает риск термомеханической дестабилизации приповерхностных слоев при длительной эксплуатации и увеличении дозовых нагрузок по мере увеличения глубины выгорания ядерного топлива. Одним из способов достижения оптимальных составов композитных керамик, использующихся в качестве матрицы дисперсного топлива является использование высокотеплопроводных керамик, таких как BeO или SiC для создания композитов. Подобная концепция включает в себя добавление данных высокотеплопроводных керамик к оксидным керамикам, таким как MgO, ZrO2, MgAl2O4, обладающих достаточно высокой устойчивостью к процессам газового распухания, механической прочностью и сопротивляемостью к внешним механическим нагрузкам и давлению, а также термошоковых воздействий. В основе данной концепции лежит возможность создания перколяционных теплопроводящих структур, в которых высокопроводящие керамик образуют квазинепрерывную сеть, обеспечивающий эффективный отвод тепла из делящегося ядерного материала к оболочке. При этом оксидные компоненты композитной керамики создают механически прочный каркас, ограничивающий и сдерживающий распространение микротрещин при накоплении структурных повреждений. Ключевыми факторами, обеспечивающими высокую эффективность подобных композитных керамик, является оптимизация объемных долей и распределение теплопроводящей фазы в составе композита, с целью достижения оптимального соотношения между теплопроводящими характеристиками, механическими и прочностными свойствами, а также устойчивостью к накоплению радиационных повреждений, связанных как с воздействием осколков деления ядерного топлива, так и продуктов ядерных реакций. Следует также отметить, что разработка композитных керамик требует учета целого ряда ограничений, включающих в себя различия в коэффициентах теплового расширения фаз, стабильность межфазных границ при высоких температурах и дозах облучения, а также эволюцию микроструктуры композитной керамики при накоплении радиационных дефектов. В свою очередь разработка композитных керамик для дисперсного ядерного топлива по типу CERCER на основе сочетания оксидных керамик и высокотеплопроводящих карбидных керамик рассматривается как одно из перспективных направлений исследований, связанных с повышением термомеханической надежности и эксплуатационной устойчивости дисперсного ядерного топлива. В этой связи исследования, включающие комплексные экспериментальные работы, направленные на изучение вариативности состава композитных керамик и их устойчивости к внешним воздействиям, включая высокодозное облучения и формирование газонаполненных гелиевых включений в приповерхностных слоях являются достаточно актуальными в свете большого интереса к дисперсному ядерному топливу, как одному из типов топливных элементов для ядерных реакторов нового поколения. Цель данного диссертационного исследования. Основная цель данного диссертационного исследования заключается в определении влияния вариации соотношения компонент в композитных (1-x)ZrO2 – xSiC керамиках на изменение фазового состава и устойчивость к процессам накопления радиационных повреждений и газового распухания, обусловленному накоплением гелия в приповерхностных слоях. Задачи диссертационного исследования. Основываясь на сформулированной цели диссертационного исследования, а также основных проблем в выбранном направлении исследований были сформулированы следующие задачи, решение которых позволило получить новые данные о свойствах (1-x)ZrO2 – xSiC керамик и их потенциале применимости в качестве материалов инертных матриц дисперсного ядерного топлива: 1. Отработка режимов получения композитных (1-x)ZrO2 – xSiC керамик с применением метода механохимического твердофазного синтеза и всесторонняя характеризация полученных образцов с целью определения оптимальных составов для дальнейших исследований. 2. Изучение кинетики накопления радиационных повреждений при высокодозном облучении низкоэнергетическими ионами He2+, а также механизмов сдерживания газового распухания за счет фазовых изменений в (1-x)ZrO2 – xSiC керамик при изменении соотношения компонент. 3. Определение роли температурного воздействия при облучении низкоэнергетическими ионами He2+ и пост – радиационного термического отжига на эволюцию повреждений в приповерхностных слоях (1-x)ZrO2 – xSiC керамик. Объекты исследования. В качестве объектов для исследований были выбраны композитные (1-x)ZrO2 – xSiC керамики, полученные путем вариации соотношения компонент в составе от x=0.1 до 0, результатом которой является возможность вариации фазового состава за счет инициализации реакционных фазовых трансформаций типа m-ZrO2 → t-ZrSiO4. Выбор данного типа композитных керамик обусловлен возможностями создания перспективных материалов для инертных матриц дисперсного ядерного топлива по типу CERCER, обладающих высокими прочностными характеристики, химической инертностью, а также хорошими показателями теплопроводности и устойчивости к температурным перепадам. Предмет исследования. Предмет диссертационной работы соискателя заключается в проведении комплексных исследований, направленных на изучение взаимосвязей между реакционными фазовыми трансформациями, эволюцией структурно-фазового состояния, изменением прочностных и теплофизических характеристик в композитных (1-x)ZrO2 - xSiC керамиках при вариации соотношения компонент в составе, а также определении кинетики радиационных повреждений приповерхностных слоев керамик при газовом распухании. Методы исследования. Синтез композитных (1-x)ZrO2-xSiC керамик с учетом вариации компонент в диапазоне от х=0.05 до х=0.5 осуществлялся с применением метода механохимического твердофазного перемалывания с последующим термическим отжигом в муфельной печи в кислородосодержащей среде. Определение морфологических особенностей получаемых керамик при вариации соотношения компонент до и после термического спекания, при котором помимо фазовых трансформаций, происходит изменение морфологии зерен в результате процессов рекристаллизации было осуществлено с использованием метода растровой электронной микроскопии. Изучение кинетики реакционных фазовых трансформаций в составе (1-x)ZrO2-xSiC керамик при вариации соотношения компонент, а также оценке изменений структурных параметров осуществлялось с использованием методов рентгеновской дифракции и рамановской спектроскопии. Определение прочностных характеристик, в частности, твердости и трещиностойкости, осуществлялось и использованием метода индентирования при малых нагрузках с целью измерений на малой глубине приповерхностного слоя. Определение устойчивости (1-x)ZrO2-xSiC керамик к внешним температурным воздействиям, имитирующим термошоковые воздействия и высокотемпературное старение проводилось с использованием стандартных методов проведения экспериментов, связанных с термическим воздействием на керамики. Изучение кинетики накопления радиационных повреждений и процессов газового распухания было осуществлено в результате имитационных экспериментов по низкоэнергетическому облучению ионами He2+ путем варьирования флюенса облучения и температуры. Определение структурных изменений и их роль в деструкции приповерхностного слоя в зависимости от флюенса и температуры облучения было проведено путем сравнительного анализа данных полученных с использованием метода рентгеновской дифракции и полнопрофильного анализа рентгеновских дифрактограмм. Научная новизна. Научная новизна диссертационного исследования заключается в комплексном и систематическом подходе к изучению композитных(1-x)ZrO2 - xSiC керамик как кандидатных материалов для инертных матриц дисперсного ядерного топлива. На основе проведенных исследований, связанных с определением влиянии вариации соотношения компонент в составе композитных (1-x)ZrO2 - xSiC керамик определены взаимосвязи между реакционными фазовыми трансформациями и изменением прочностных и теплофизических параметров, а также установлена роль фазового состава в формировании высокопрочных керамик. Анализ прочностных характеристик исследуемых керамик показал, что формирование в структуре включений в виде фазы циркона ZrSiO4 при соотношении компонент в составе равным 0.7 ZrO2 – 0.3 SiC приводит к увеличению прочностных характеристик на 45-50% в сравнении с ZrO2. При этом увеличение весовой доли ZrSiO4 и вытеснение моноклинной фазы ZrO2 в результате реакционных фазовых трансформаций приводит к снижению эффективности упрочнения до 30% в сравнении с ZrO2 керамиками. Выявлена роль реакционно-индуцированных фазовых трансформаций и межфазных границ в механизмах сдерживания радиационно-индуцированного газового распухания, образования дефектных комплексов и эволюции поврежденного слоя при высокодозном облучении низкоэнергетическими ионами He2+. В ходе проведенных исследований, направленных на изучение влияния вариации фазового состава композитных (1-x)ZrO2 - xSiC керамик к процессам накопления радиационно-индуцированных дефектов в приповерхностном слое было установлено, что доминирующую роль в структурных изменениях играют деформационные искажения, вызванные газовым распуханием при накоплении гелия, при этом степень деформации имеет прямую зависимость от флюенса облучения, а сдерживание деформационных искажений происходит за счет наличия межфазных границ, создаваемых твердым раствором смеси трех фаз. При этом установлено, что при флюенсах облучения 3×1017 - 5×1017 ион/см2 в составе приповерхностного слоя наблюдается формирование аморфноподобных включений, наличие которых обусловлено с накоплением газовых включений при высокой концентрации гелия. Основные положения, выносимые на защиту. 1. С применением метода рентгенофазового анализа исследуемых образцов композитных (1-x)ZrO2 - xSiC керамик установлено, что увеличение доли SiC до 0.5 в составе керамик приводит к инициализации реакционных фазовых трансформаций типа m-ZrO2 → t-ZrSiO4, формирование которой приводит к упрочнению керамик и повышению твердости и устойчивости к термошоковым воздействиям. 2. Результаты экспериментальных работ по изучению кинетики накопления радиационных повреждений и газового распухания при облучении низкоэнергетическими ионами He2+ показали, что наличие межфазных границ, обусловленное реакционными фазовыми трансформациями в составе (1-x)ZrO2 - xSiC керамик приводит к сдерживанию деформационного распухания кристаллической структуры приповерхностного слоя в 1.5-2.0 раза по сравнению с ZrO2 керамиками. 3. Установлено, что вариация соотношения компонент в составе (1-x)ZrO2 - xSiC керамик приводит к снижению деструкции приповерхностного слоя и замедлению механизмов термически-индуцированной диффузии радиационных дефектов вглубь поврежденного слоя в случае высокотемпературного облучения, за счет подавления миграции точечных и вакансионных дефектов в приповерхностном слое. Теоретическая и практическая значимость результатов исследования. Получены результаты изменений фазового состава композитных (1-x)ZrO2 – xSiC керамик при вариации соотношения компонент, обусловленные реакционными фазовыми трансформациями, протекание которых приводит к формированию силикатных фаз в составе керамик, которое сопровождается изменением морфологических, структурных, прочностных и теплофизических параметров. Результаты проведенных экспериментов в дальнейшем могут быть использованы для определения оптимальных составов композитных керамик для инертных матриц дисперсного ядерного топлива. При этом полученные результаты реакционных фазовых трансформаций в составе (1-x)ZrO2 – xSiC керамик расширяют общее представление о процессах фазовых изменений в композитных керамик, которые могут послужить для уточнения фазовых диаграмм двух систем. Выявлена прямая количественная зависимость изменения степени деформационных искажений кристаллической структуры от флюенса облучения для различных соотношений фаз в системе (1–x)ZrO2 – xSiC, что позволило установить роль вариации фазового состава керамик в управлении кинетикой радиационных повреждений и газового распухания. установлено, что наличие межфазных границ, возникающих в результате формирования твердого раствора оксидной, карбидной и силикатной фа, приводит к сдерживанию радиационно – индуцированных деформационных искажений за счет перераспределения напряжений и локализации газовых комплексов. Получены экспериментальные данные о взаимосвязи фазового состава, микроструктуры и механических характеристик приповерхностных слоев с радиационно-индуцированными повреждениями, расширяющие представления о механизмах радиационной деградации оксидно-карбидных композитных керамик, являющихся перспективными материалами для инертных матриц дисперсного ядерного топлива. Результаты экспериментальных работ, связанных с изучением механизмов накопления радиационных повреждений в приповерхностных слоях композитных керамик в дальнейшем могут быть использованы при проведении имитационных испытаний радиационной стойкости, а также при валидации расчетных моделей накопления гелия и радиационно-индуцированного распухания в керамических материалах. Это расширяет возможности прогнозирования поведения материалов в условиях длительного облучения и снижает объем дорогостоящих реакторных экспериментов. Достоверность полученных результатов. Все экспериментальные работы, связанные с отработкой режимов получения композитных керамик выполнялись в строгом соответствии установленных регламентов проведения экспериментов механохимического твердофазного синтеза, включающие в себя необходимость соблюдения точности навески смешиваемых образцов, контроль за скоростью и временем перемалывания, осуществляемым с использованием специального контроллера, а также полной очистке мелющих тел и стакана от остатков перемолотых порошков после перемалывания путем промывки и последующей ультразвуковой обработки. Эксперименты, связанные с облучением образцов проводились в несколько параллелей с целью обеспечения повторяемости результатов воздействия ионизирующего излучения на структуру приповерхностного слоя керамик в зависимости от флюенса облучения, контроль за которым осуществлялся с использованием специальной системы контроля параметров пучка и плотности потока частиц. Эксперименты, направленные на определение роли термического воздействия в процессе облучения осуществлялись с использованием керамического мишенедержателя, оснащенного нагревателем, контроль за температурой образца в процессе облучения осуществлялся с использованием термопар, размещенных как на поверхности держателя, так и на поверхности образцов в процессе облучения. С целью исключения эффектов, связанных с разностью температур образца и нагревателя, возникающих из-за теплопроводящих свойств керамик, облучение проводилось только после достижения стабильного заданного значения в образце в результате нагрева. Определение морфологических и структурных особенностей, фазового состава, прочностных и теплофизических свойств композитных керамик было проведено с использованием сертифицированного оборудования, а также стандартизированных методик исследования и лицензионного программного обеспечения. Для всех измеряемых величин в процессе измерений были определены величины стандартных отклонений и погрешности измерений, что позволило оценить повторяемость проводимых экспериментов, а также исключить различные факторы, способные оказать негативное влияние на проводимые измерения и результаты экспериментальных работ при их последующей интерпретации. Использование искусственного интеллекта (AI), а также программ, использующих AI в диссертационной работе было задействовано для схематичного представления различных эффектов и взаимосвязей с целью наглядной демонстрации и визуализации данных полученных в ходе литературного обзора результатов экспериментов в выбранной области исследования. При анализе и интерпретации экспериментальных данных, а также их описании средства AI задействованы не были. Визуализация полученных результатов экспериментальных работ была выполнена с использованием графических редакторов для наглядного представления и возможности сравнения полученных данных с результатами других работ. Основные результаты проведенных исследований прошли апробацию в виде научных докладов на международных конференциях, а также были опубликованы в международных и отечественных изданиях, имеющих рецензирование с привлечением зарубежных специалистов. Личный вклад соискателя. Экспериментальные работы, связанные с отработкой режимов получения композитных (1-x)ZrO2 - xSiC керамик с применением метода механохимического твердофазного синтеза были выполнены соискателем на базе Лаборатории инженерного профиля Евразийского национального университета им. Л.Н. Гумилева. Характеризация структурных особенностей исследуемых композитных керамик с применением методов растровой электронной микроскопии, рентгеновской дифракции и рамановской спектроскопии, а также работы, связанные с имитацией газового распухания приповерхностных слоев керамик в результате ионного облучения были выполнены соискателем на базе Лаборатории физики твердого тела Астанинского филиала Института ядерной физики. Анализ и интерпретация полученных результатов, определение структурных и фазовых зависимостей, а также их роли в изменении прочностных, теплофизических параметров и устойчивости к радиационным повреждениям, были проанализированы соискателем совместно с научными консультантами в рамках работы над диссертацией, а также научной стажировки по программе докторантуры. Связь работы с научно-исследовательскими проектами, программами. Экспериментальные работы, связанные с отработкой режимов получения композитных керамик, рассматриваемых в качестве конструкционных материалов для инертных матриц дисперсного ядерного топлива были проведены в рамках программно – целевого финансирования BR28713365 «Разработка технологических решений в области создания и модификации конструкционных материалов для ядерной и альтернативной энергетики» (годы реализации 2025-2027 гг.) при поддержке Комитета науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан. Работы по изучению кинетики радиационных повреждений, связанных с газовым распуханием приповерхностных слоев, а также изучению кинетики деградации приповерхностных слоев в композитных керамиках были выполнены в рамках проекта грантового финансирования АР260104441 «Изучение механизмов газового распухания в наноструктурированных композитных нитридных и карбонитридных керамиках при накоплении продуктов ядерных реакций» (годы реализации 2025 – 2027 гг.) при поддержке Комитета науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан. Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования были апробированы в виде научных докладах на международных научных конференциях: ‒ 9-й международной научной конференции «Modern Problem Of Nuclear Energy And Nuclear Techonologies», (Ташкент, 2025). ‒ 16-й международной научной конференции «Взаимодействие излучений с твердым телом, (Минск, 2025). Публикации. Основные результаты диссертационного исследования представлены в 6 научных трудах, из них 2 статьи опубликованы в журналах, индексирующихся в международных базах данных Web of Science, Scopus, двух статей из списков КОКСНВО, двух тезисов, опубликованных в сборниках научных конференциях. Структура и объем диссертационного исследования. Диссертация представлена на 115 печатных листах, включая 29 рисунков, 3 таблицы и 109 источников литературы. Диссертация состоит из Введения, четырех взаимосвязанных разделов, Заключения и Списка использованных источников. В конце каждой главы приведены краткие итоги проведенных исследований, а также отражена практическая значимость полученных результатов. Во Введении отражена актуальность диссертационного исследования с отражением краткой информации о причинах необходимости разработок в области создания композитных керамик для инертных матриц дисперсного ядерного топлива. Также во Введении сформулирована основная цель и задачи диссертационного исследования, приведены основные положения, выносимые на защиту, новизна и практическая значимость полученных результатов исследования. В первом разделе диссертации приведен краткий обзор, направленный на отражение основных концепций развития топливных элементов для ядерных реакторов нового поколения, включающий в себя детализацию различных типов топлива, рассматривающихся как наиболее перспективных для высокотемпературных реакторов, газоохлаждаемых реакторов, реакторов на быстрых нейтронах и модульных реакторов. Упор в исследовании сделан на дисперсном виде ядерного топлива, являющегося одним из наиболее перспективных типов топлива, отвечающего основным критериям, выдвигаемым для топлива, эксплуатирующего в экстремальных условиях. Также в обзоре приведена информация о механизмах радиационных повреждений в керамических материалах, рассматриваемых как один из перспективных классов материалов, способных выдерживать экстремальные режимы эксплуатации, в том числе воздействие высоких температур и больших доз радиации. Второй раздел диссертации включает в себя описание методов исследования и основных экспериментальных работ, направленных на отработку режимов получения (1-x)ZrO2 – xSiC керамик с целью определения оптимальных составов, их характеризации для определения взаимосвязи между фазовыми изменениями и прочностными и теплофизическими параметрами, а также экспериментов, связанных с моделированием воздействия низкоэнергетического ионного облучения на приповерхностные слои керамик. В данном разделе детализированы основные эксперименты с целью предоставления возможностей для их повторения в случае необходимости и детализации процессов проведения экспериментов, направленных на достижение результатов согласно поставленной цели и задач диссертационного исследования. Третий раздел посвящен изучению процессов реакционных фазовых трансформаций в составе композитных (1-x)ZrO2 - xSiC керамик в случае вариации соотношения компонент в составе, а также их роль в изменении морфологических, структурных, прочностных и теплофизических параметров керамик. Согласно полученным данным рентгенофазового анализа и рамановской спектроскопии определена динамика изменения фазового состава и структурных особенностей керамик при вариации соотношения компонент в составе, которая обусловлена инициализацией процессов реакционных фазовых трансформаций типа m-ZrO2 → t-ZrSiO4. В ходе проведенных исследований, направленных на выявление роли фазовых трансформаций и изменений прочностных и теплофизических параметров были установлены взаимосвязи между изменениями фазового состава, обусловленные реакционными фазовыми трансформациями и вариацией соотношения компонент в составе и результатами изменений прочностных и теплофизических параметров. Определены оптимальные соотношения компонент в составе композитных керамик, при которых наблюдается достижение наибольших значений прочностных и теплофизических характеристик исследуемых керамик. Четвертый разед диссертационного исследования посвящен изучению радиационной стойкости исследуемых композитных (1-x)ZrO2 - xSiC керамик к процессам газового распухания в результате высокодозного облучения низкоэнергетическими ионами He2+, а также выявлению роли термического воздействия в процессе облучения на кинетику изменений структурных и прочностных характеристик исследуемых керамик. В качестве исследуемых образцов были выбраны три типа керамик, обладающие различным фазовым составом. В Заключении подведены итоги проведенных экспериментальных работ, а также сформулированы основные взаимосвязи между наблюдаемыми изменениями при вариации фазового состава композитных (1-x)ZrO2 - xSiC керамик, а также в результате внешних воздействий, связанных с имитацией процессов газового распухания при высокодозном облучении низкоэнергетическими ионами He2+.
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://www.youtube.com/watch?v=lOwqgwGPZ7A
