Распределение вакансий по глубине образца

При облучении площадь падающего пучка значительно больше поверхности образца, поэтому уравнение (3.2) запишем для одномерного случая [⁵³, ⁵⁴]:

, (3.4)

В качестве граничных условий поверхность будем рассматривать как неограниченный сток вакансий, т.е. на поверхности концентрация вакансий соответствует равновесной для данной температуры. Начальное распределение вакансий также соответствует равновесному.

Решение системы уравнений (3.2) показало, что с течением времени концентрация вакансий растет до максимального значения (10^-410^-3 ат. д.), возникает некоторое «равновесное» распределение, после чего концентрация вакансий не увеличивается, т.е. уравновешиваются процессы генерации вакансий облучением и аннигиляции вакансий межузельными атомами, а также поглощение вакансий стоками (рисунок 24, 25, 26). Профиль распределения концентрации вакансий схож с распределением первично выбитых атомов.

Рис. 24. Распределение вакансий по глубине образца в хроме в зависимости от времени облучения электронами. Энергия электронов E=1 МэВ, плотность тока j=0.6 А/м².

Как показывают расчеты в металлических материалах, для данных условий облучения время необходимое для достижения максимальной концентрации вакансий составляет около 10 мин [⁵⁵]. У поверхности образца возникает значительный градиент концентрации вакансий, который может достигать 1 ат. д./м (рисунок 25).

Рис. 25. Распределение вакансий у поверхности образца в хроме при различных временах облучения. Энергия электронов E=1 МэВ, плотностью тока j=0.6 А/м².

Рис. 26. Распределение вакансий в ванадии по глубине образца при различном времени облучения. Энергия электронов Е= 2,75 МэВ, плотность тока j= 0,6 А/м² [⁵⁶].

Проведенные расчеты пространственно-временного распределения концентрации точечных дефектов позволяют сделать следующие выводы:

1. Облучение пучком электронов приводит к возникновению концентрации точечных дефектов (10^-410^-3 ат. д.), которая значительно больше равновесной при данной температуре без облучения. Профиль дефектов в целом повторяет распределение первично выбитых атомов. В течение облучения концентрация точечных дефектов увеличивается до некоторого динамически равновесного распределения, которое в последствии не изменяется в течение всего времени облучения. Время достижения динамического равновесия составляет 712 мин.

2. Диффузия дефектов к стокам приводит к созданию градиента неравновесных точечных дефектов. При этом величина градиента концентрации вакансий может достигать 100 ат. %/м.

Массоперенос в металлических системах на основе твердых растворов при облучении пучком электронов средних энергий

При радиационном воздействии на сплав должны быть учтены, по крайней мере, два механизма, которые могут привести к заметному влиянию на перераспределение элементов. Во-первых, выделение энергии излучения неоднородно по толщине образца, что обуславливает возникновение градиентов температуры (глава 2). Во-вторых, поток заряженных частиц является причиной появления неравновесных точечных дефектов (глава 3) . Такие дефекты приводят к появлению нескомпенсированных потоков атомов решетки, увеличению коэффициентов диффузии и возникновению градиентов точечных дефектов [⁵⁷].

Задача построения теоретической модели массопереноса элементов в сплавах при радиационном воздействии сводится к составлению и решению уравнений непрерывности для каждого из компонентов, причем выражение для потоков должны учитывать взаимную диффузию, термодиффузию и дрейф в поле неравновесных точечных дефектов.