Radiācijas efektu MgAl2O4 špinelī un vispārējos oksīdos lielā mēroga datormodelēšana (2014-2020)

Projekta vadītājs Dr.habil.fiz. Jevgenijs Kotomins

Projekta izpildītāji:

  • Dr.habil. phys. V. Kuzovkovs
  • Dr. phys. A. Popovs
  • Dr.phys. G. Zvejnieks
  • Dr.phys. S. Piskunovs
  • Dr.phys. J. Mastrikovs
  • Dr.phys. O. Dumbrājs
  • Ph.D. A. Česnokovs

Radiācijas izturīgi materiāli ir svarīgas nākotnes kodolsintēzes reaktoru sastāvdaļas, tostarp diagnostikas, pārklājuma elementi. Īpaši svarīga ir radiācijas bojājumu izpēte šajos funkcionālajos materiālos. Šī projektā, kas saistīts ar MATERIĀLU (WPMAT) tēmu Eurofusion pasākumos, mēs koncentrējamies uz vairākiem daudzsološiem materiāliem, pirmkārt, Al2O3 (safīrs) un špineļiem. Mūsu daudzfunkcionālās aktivitātes apvieno primāro radiācijas defektu un to pamatīpašību pirmo principu atomisko modelēšanu, kā arī radiācijas bojājumu un metāla koloīdu veidošanās kinētiku spēcīgā starojumā.

Oksīdu materiālu radiācijas pretestība ir stipri atkarīga no radītajiem defektiem. Mēs veicām caurumu un starpmezglu defektu pirmo principu aprēķinus MgAl2O4 špinelī, lai izprastu “nevietu” (anti-site) defektu nozīmi. Mēs aprēķinājām atomu, elektronisko struktūru un lādiņa pārdalīšanu un interpretējām mūsu partneru Igaunijā un Spānijā iegūtos eksperimentālos datus. Starpmezglu skābekļa migrācijas aprēķins špinelī parāda, ka aktivācijas enerģija uzlādētā stāvoklī ir mazāka nekā neitrālā. Līdzīgs secinājums tika izdarīts agrāk par safīru.

Mēs analizējām eksperimentālos datus par radiācijas defektu atkausēšanu MgAl2O4 špinelī - gan kristālos, gan keramikā ar dažādiem graudu izmēriem - un pierādījām spēcīgu korelāciju starp efektīvu difūzijas enerģiju un preeksponenciālo faktoru, kas lielā mērā ir atkarīgs no radiācijas dozas. Tas ir jauns svarīgs faktors, kas jāņem vērā eksperimentālo datu turpmākajā analīzē. Dažādu veidu apstarošanas (neitronu, protonu, strauju smago jonu) ietekme uz radiācijas bojājumiem špineļos tika rūpīgi analizēta.