Защита диссертации Курахмедова Алишера Ерметовича на соискание степени доктора философии (PhD) по специальности «6D060500 - Ядерная физика »
В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Курахмедова Алишера Ерметовича на тему «Исследование влияния допирования MgO на радиационную устойчивость к деформации ZrO2 керамик» по специальности «6D060500 – Ядерная физика ».
Диссертация выполнена на кафедре «Ядерной физики, новых материалов и технологий» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - на русском
Официальные рецензенты:
Ибраев Ниязбек Хамзаулы
Сагдолдина Жулдыз
Временные члены Диссертационного совета:
Таткеева Галина Галимзяновна
Витюк Владимир Анатольевич
Лесбаев Бақытжан Тастанович
Меренцов Александр Ильич
Научные консультанты:
Морзабаев Айдар Капарович – кандидат физико-математических наук, профессор международной кафедры «Ядерная физика, новые материалы и технологии» ЕНУ имени Л.Н.Гумилева, город Астана, Республика Казахстан.
Углов Владимир Васильевич — доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедры физики твердого тела и нанотехнологий Белорусского государственного университета, город Минск, Республика Беларусь.
Защита состоится: 28 июня 2024 года 10:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D053 – Физические и химические науки» по специальности «6D060500 – Ядерная физика » Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Проведение заседания диссертационного совета в онлайн формате.
Ссылка: https://clck.ru/3AowGy
Адрес: город Астана, улица К. Сатбаева, 2, Главный корпус, конференц-зал (№ 302 ауд.).
Аннотация (рус.): АННОТАЦИЯ диссертационной работы Курахмедова Алишера Ерметовича «Исследование влияния допирования MgO на радиационную устойчивость к деформации ZrO2 керамик», представленной на соискание степени доктора философии (PhD) по образовательной программе «6D060500 – Ядерная физики» Цель диссертационного исследования Целью настоящей работы является изучение механизмов упрочнения и повышения устойчивости к радиационным повреждениям, вызванным облучением тяжелыми ионами в ZrO2 керамиках допированных MgO, а также определении эффективности стабилизации структуры к полиморфным превращениям за счет вариации концентрации допанта MgO. Задачи исследования Изучение влияния вариации концентрации допанта MgO на динамику фазовых полиморфных трансформаций в ZrO2 керамиках, а также изменений структурных и прочностных свойств. 2. Изучение влияния изменения фазового состава ZrO2/MgO керамик при вариации концентрации допанта на устойчивость к радиационным повреждениям в случае облучения тяжелыми ионами Xe22+ с энергией 230 МэВ. 3. Исследование устойчивости прочностных и теплофизических параметров ZrO2/MgO керамик, при облучении тяжелыми ионами Kr15+. Методы исследования В качестве основных методов для проведения исследований были выбраны следующие методики. Растровая электронная микроскопия была применения для оценки и характеризации морфологических особенностей керамик в зависимости от условий получения при вариации концентрации допанта, а также в случае исследования радиационных повреждений в облученных образцах. Характеризация фазового состава, изучение процессов полиморфных превращений происходящих при изменении концентрации допанта в керамиках, а также оценка изменения структурных параметров в результате облучения, и как следствие, накопления радиационных повреждений была проведена с применением метода рентгенофазового анализа. Для расчетов структурных параметров использовался программный код DiffracEVA v4.2., определение фазового состава и динамики его изменения было осуществлено с привлечением базы данных PDF-2(2016). Измерение прочностных характеристик было осуществлено методом индентирования, путем определения твердости поверхности и степени упрочнения/разупрочнения в случае вариации фазового состава и условий внешних воздействий (облучение тяжелыми ионами). Определение теплофизических параметров проводилось с применением методики определения продольного теплового потока и дальнейшего вычисления коэффициента теплопроводности. Основные положения, выносимые на защиту: 1. Установлена динамика фазовых полиморфных превращений типа m – ZrO2 → t – ZrO2 → c – ZrO2 → с – ZrO2/MgO в ZrO2 керамиках в зависимости от вариации концентрации допанта MgO. 2. Установлено, что фазовые полиморфные превращения типа m – ZrO2 → с – ZrO2/MgO в ZrO2 керамиках приводят к упрочнению керамик на 25 – 30 % в сравнении с недопированными образцами, которое обусловлено эффектами, связанными с изменением дислокационной плотности и размерными факторами. 3. Установлено, что добавление MgO в концентрациях 0.05-0.10 М приводит к повышению устойчивости ZrO2 керамик к процессам радиационных повреждений при облучении тяжелыми ионами Xe22+ и связанных с ними процессам разупрочнения. 4. Выявлено, что формирование в ZrO2 керамиках включений в виде MgO частиц приводит к повышению сопротивляемости к тепловому расширению и сохранению теплофизических характеристик при высокодозном облучении. Описание основных результатов исследования Установлено, что добавление допанта MgO в состав керамик при выбранной температуре термического отжига приводит к инициализации процессов полиморфных трансформаций, при этом изменение концентрации допанта приводит к существенным различиям в типах полиморфных трансформаций. В случае недопированного образца ZrO2 керамик термический отжиг при температуре 1500°С приводит к структурному упорядочению за счет частичного снятия деформационных искажений кристаллической решетки, вызванной механохимическим перемалыванием. В ходе изучения влияния допирования MgO и полиморфных превращений в ZrO2 керамиках на прочностные свойства установлено, что основной упрочняющий эффект обусловлен изменением дислокационной плотности при формировании структуры типа ZrO2/MgO. При этом полиморфные трансформации типа m – ZrO2 → t – ZrO2 оказывают большее влияние на упрочнение при малых концентрациях допанта, чем трансформации типа t – ZrO2 → c – ZrO2. Установлено, что изменение степени структурного упорядочения, оказывает меньшее влияние на упрочнение, чем изменение дислокационной плотности, что связано с дислокационным упрочнением при уменьшении размеров зерен, а также увеличением границ зерен и внедрением зерен MgO в межзеренное пространство. Полученные данные свидетельствуют о том, что основным фактором влияющим на изменение прочностных и теплофизических параметров ZrO2 керамик, является степень структурного разупорядочения, связанная с распуханием, и как следствие, накоплением дефектной фракции в поврежденном объеме. При этом, было установлено, что наиболее устойчивыми к радиационным повреждениям, вызванными облучением тяжелыми ионами Kr15+ даже в случае высокодозного облучения, обладают ZrO2/MgO керамики в структуре которых наблюдается наличие фазы внедрения MgO в виде зерен, расположенных в межзеренном пространстве. При испытаниях на определения теплофизических параметров, а также сохранение стабильности к тепловому расширению кристаллической структуры при длительном термическом воздействии было установлено, что фазовые трансформации, связанные с полиморфными превращениями типа t – ZrO2 → c – ZrO2 приводят к сохранению стабильности теплофизических свойств даже в случае высоких флюенсов облучения. Установлено, что основным механизмом изменения структурных свойств керамик, является вытеснение кубической фазы c-ZrO2 фазой замещения Zr0.9Mg0.1O2, приводящей к увеличению стабильности свойств керамик к облучению. Определено, что увеличение концентрации MgO приводит к формированию примесной фазы Zr0.9Mg0.1O2 по типу замещения, приводящей к изменению структурных параметров керамик. В результате проведенных исследований установлено, что формирование в структуре ZrO2 керамик примесной фазы Zr0.9Mg0.1O2 приводит не только к снижению степени полиморфных превращений, но и усилению сопротивления к радиационным повреждениям и снижению прочностных свойств. Полученные результаты свидетельствуют о том, что добавление MgO в концентрациях 0.05-0.10 моль позволяет существенно повысить устойчивость ZrO2 керамик к процессам радиационных повреждений и последующих за ними полиморфных превращений, тем самым повышая показатели стабильности и радиационной стойкости керамик. Описание новизны и важности полученных результатов В ходе проведенных исследований было установлено, что добавление в состав MgO более 0.05 М приводит к превращению типа m – ZrO2 → c – ZrO2 с последующей трансформацией в двухфазную керамику со структурой твердого раствора внедрения с – ZrO2/MgO. Полученные результаты вариации фазового состава в результате полиморфных превращений при изменении концентрации допанта MgO в дальнейшем могут быть использованы для производства керамик с возможностью контролируемого получения заданного фазового состава и прочностных характеристик. Результаты влияния вариации фазового состава в ZrO2/MgO керамиках на устойчивость к радиационным повреждениям и деградационным процессам, связанных с накоплением структурных искажений в поврежденном слое в дальнейшем могут быть использованы для расширения теории взаимодействия ионизирующего излучения, в частности, тяжелых ионов с керамиками, что позволит расширить понимание процессов радиационных повреждений в материалах. Предложенная методика получения ZrO2/MgO керамик с применением механохимического твердофазного синтеза с возможностью вариации исходных компонент в дальнейшем может быть использована для промышленного изготовления керамик с контролируемым фазовым составом, в виду простоты изготовления и малого количества технологических операций. Полученные зависимости сравнительного анализа радиационной стойкости, а также влияния различной концентрации допанта на повышение сопротивляемости радиационным повреждениям в дальнейшем может быть использована при оценке перспектив использования данных типов керамик в качестве материалов для создания дисперсного ядерного топлива на основе инертных матриц с размещенным в них делящимся ядерным материалом. Результаты влияния вариации концентрации допанта MgO на изменение прочностных характеристик могут быть использованы в качестве основы для разработки технологических решений в области создания конструкционных материалов, обладающих повышенной устойчивостью к механическим нагрузкам. Соответствие направлениям развития науки или государственным программам Диссертационная работа соответствует приоритетным направлениям развития науки, которые реализуются в Республике Казахстан и содержит научно-обоснованные результаты. Данное исследование было проведено в рамках програмнно-целевого финансирования МЭ РК BR09158958 «Развитие ядерно-физических методов и технологий для инновационной модернизации экономики Казахстана» (2018-2020). Описание вклада соискателя в подготовку каждой публикации Выполнение работ, связанных с отработкой методов получения керамик с применением метода механохимического твердофазного синтеза, характеризации их морфологических и структурных особенностей, расчеты моделирования радиационных повреждений в керамиках с целью определения максимальных длин пробега ионов и величин энергетических потерь было выполнено соискателем лично в Лаборатории инженерного профиля ЕНУ им. Л.Н. Гумилева. Облучение образцов с целью моделирования воздействия тяжелых ионов, сравнимых с радиационными повреждениями, вызванными осколками деления ядер урана было осуществлено на базе Ускорительного комплекса ДЦ-60, расположенного в Астанинском филиале Института ядерной физики МЭ РК. При выполнении работ, связанных с анализом и интерпретацией данных, а также формулировании основных выводов по диссертационной работе соискатель консультировался с научными консультантами к.ф.-м.н., профессором Морзабаевым А.К. и д.ф.-м.н., профессором, заведующим Кафедрой физики твердого тела БГУ (г. Минск, Беларусь) Угловым В.В. Основные результаты проведенных исследований были опубликованы в 3 статьях, в высокорейтинговых научных изданиях, индексирующихся в базах данных Web of Science Core Collection и Scopus и 3 тезисов докладов в сборниках международных конференций. Результаты работы были представлены на следующих научных конференциях в виде докладов: 21st International Conference on Radiation Effects in Insulators (REI – 21), 2023, Фукуока, Япония, 51-й международной Тулиновской конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами, 2022, Москва, Россия.
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://www.youtube.com/watch?v=6nxaovQDF8I
