Программадисциплин ы введение в радиационную физику твердых тел и радиационное материаловедение (наименование дисциплины) по направлению физика icon

Программадисциплин ы введение в радиационную физику твердых тел и радиационное материаловедение (наименование дисциплины) по направлению физика


Смотрите также:
Учебной дисциплины «Общая физика» для подготовки бакалавров по направлению...
Рабочая программа механические свойства твердых тел Специальность (направление): 010400 физика...
Программа наименование дисциплины Материаловедение (указывается наименование в соответствии с...
Рабочая программа модуля (дисциплины) Основы анализа поверхности твердых тел и тонких пленок...
Силы взаимодействия молекул. Строение газообразных, жидких и твердых тел...
Госуниверситета...
Программа дисциплины термодинамика и Статистическая Физика (наименование дисциплины) по...
Рабочая программа дисциплины " Материаловедение " (наименование дисциплины)...
Рабочая программа дисциплины " Материаловедение " (наименование дисциплины)...
Программа дисциплины безопасность жизнедеятельности ддя студентов спедиальностей...
Программа по курсу: нейтронная физика по направлению: 511600 факультет...
Программа по курсу: нейтронная физика по направлению: 511600 факультет...



Загрузка...
скачать
Министерство образования и науки Российской Федерации


МЕЖДУНАРОДНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДЫ, ОБЩЕСТВА И ЧЕЛОВЕКА “ДУБНА”

_____________________________________________________________________________


У Т В Е Р Ж Д А Ю

Проректор

______________Ю.С. Сахаров

_____”___________2008 г.


П Р О Г Р А М М А Д И С Ц И П Л И Н Ы


Введение в радиационную физику твердых тел

и радиационное материаловедение

(наименование дисциплины)


по направлению физика


магистерская программа 510417 – «Теоретическая и математическая физика»

(№, наименование направления, специальности)


Разработана:

^
Кафедрой ядерной физики

(наименование кафедры)


Заведующий кафедрой

Ю.Ц.Оганесян


_____________________

подпись

1. Аннотация курса и требования к уровню освоения

его содержания


Курс «Введение в радиационную физику твердых тел и радиационное материаловедение» входит в учебный план подготовки бакалавров по направлению физика и магистров по магистерской программе 510417 – «Теоретическая и математическая физика». Он изучается студентами пятого курса на кафедре «Ядерная физика».

Интенсивное развитие современной энергетики, связанное с созданием ядерных реакторов и проектированием термоядерных установок, заставило физиков обратить пристальное внимание на изучение закономерностей в поведении конструкционных материалов, подверженных действию высокоэнергетического облучения, непременно сопровождающего высвобождение энергии в ядерных и термоядерных процессах. Чтобы используемые в различных узлах конструкций энергетических установок материалы не сдерживали темпов развития энергетики, необходимо детальное понимание физических процессов взаимодействия жестких излучений с веществом, и на основе этого создание таких материалов, которые выдерживали бы действие излучений в течение длительного времени. Именно недостаток знаний о радиационных воздействиях на вещества является основной причиной, сдерживающей темпы развития и совершенствования современных энергетических установок и радиационных технологий. Раздел физики, занимающийся исследованием поведения твердых тел под облучением, получил название радиационная физика твердого тела и радиационное материаловедение.

Задачей данного курса является ознакомление студентов с основными физическими явлениями, которые происходят в твердых телах под действием ядерных излучений и приводят к изменению макроскопических свойств материалов ядерно-энергетических установок, экспериментальными методами исследования механических, электрофизических, оптических свойств. Значительное внимание уделяется применению пучков низко- и высокоэнергетических ионов для модификации свойств различных твердых тел.


В результате изучения дисциплины студенты должны знать:


  • характеристики первичных радиационных повреждений и методы расчета дозы повреждений при облучении различными видами ядерных излучений,

  • основные типы радиационных дефектов и их взаимосвязь с изменением макроскопических свойств материалов,

  • экспериментальные методы исследования механических, электрических и оптических свойств облученных материалов,

  • основные структурные эффекты высокоэнергетического ионного облучения.



^ 2. Объем дисциплины и виды учебной работы


Вид занятий

Всего часов

Семестры

10

(теор)
^

Общая трудоемкость


34

34

Аудиторные занятия:

34

34

Лекции (Лк)

34

34

Практические занятия (ПЗ)





Лабораторные работы (ЛР)





^ Самостоятельная работа:

34

34

Курсовая работа





Вид итогового контроля

(зачет/экзамен)

зачет

зачет

^ 3. Содержание дисциплины



3.1. Разделы дисциплины и виды занятий


п.п.

Раздел дисциплины

Лк

ПЗ

ЛР

1

Введение. Кристаллы и межатомные взаимодействия. Дефекты кристаллического строения

2





2

^ Взаимодействие излучений с веществом

8





3

Эволюция дефектной структуры под облучением

4





4

^ Физические механизмы изменения макроскопических свойств материалов под облучением

10





5

^ Экспериментальные методы исследования свойств облученных материалов

6





6

Структурные эффекты высокоэнергетического ионного облучения

4







^ 3.2. Содержание разделов дисциплины


1. Введение. Дефекты кристаллического строения

Предмет радиационной физики твердого тела и радиационного материаловедения. Типы межатомных связей и кристаллов. Ионная связь. Ковалентная связь Металлическая связь Молекулярная связь. Классификация дефектов в кристаллах. Точечные или нульмерные дефекты. Энергии образования точечных дефектов Линейные или одномерные дефекты. Двумерные и трехмерные дефекты.


2. ^ Взаимодействие излучений с веществом

2.1 Общие представления о радиационной повреждаемости материалов. Смещения атомов вещества и первично выбитые атомы (ПВА). Характеристики первичных радиационных повреждений: пороговая энергия образования смещений, энергетические спектры ПВА, взвешенные спектры ПВА, медианная энергия ПВА. Экспериментальные методы определения пороговой энергии образования смещений.


2.2 Образование радиационных дефектов в твердых телах заряженными частицами. Неупругие столкновения заряженных частиц. Потери энергии на ионизацию. Упругие столкновения заряженных частиц с атомами вещества. Потенциалы и сечения взаимодействия.


2.3 Механизмы радиационного повреждения твердых тел при нейтронном облучении. Образование смещенных атомов быстрыми нейтронами. Образование смещенных атомов медленными и тепловыми нейтронами. Критерии моделирования повреждений, вызываемых нейтронами, на пучках тяжелых заряженных частиц.


^ 3. Эволюция дефектной структуры под облучением

3.1. Каскады атомных смещений и каскадная функция. Пространственное распределение дефектов в каскадах. Развитие каскадов смещений при низких и высоких энергиях ПВА. Эффективность образования дефектов на каскадах смещений.


3.2. Процессы аннигиляции и отжига радиационных дефектов. Радиационно-стимулированная диффузия и уравнения баланса точечных дефектов. Эволюция дефектной структуры при низких и высоких температурах облучения.


^ 4. Физические механизмы изменения макроскопических свойств материалов под облучением

4.1 Механические свойства облученных металлов и сплавов. Низко- и высокотемпературное радиационное упрочнение. Радиационное охрупчивание. Барьерная модель радиационного упрочнения.


4.2 Радиационная ползучесть реакторных материалов. Основные стадии радиационной ползучести. Механизмы радиационной ползучести и радиационного роста.


4.3 Радиационное распухание. Вакансионное и газовое радиационное распухание. Зависимость распухания от температуры облучения и уровня радиационных повреждений. Способы подавления радиационного распухания.


4.4 Ионное распыление поверхности твердых тел. Коэффициент распыления. Блистеринг. Механизмы ионного распыления. Ионное легирование. Ионное перемешивание.


^ 5. Экспериментальные методы исследования свойств облученных материалов

5.1 Внутриреакторные испытания механических свойств. Испытания на растяжение/сжатие и ползучесть. Параметры кривых напряжение-деформация.


5.2 Ядерно-физические методы исследований структуры кристаллов. Спектрометрия обратного резерфордовского рассеяния. Рентгеновская дифракция. Малоугловое рентгеновское рассеяние. Электронная микроскопия. Сканирующая туннельная микроскопия.


5.3 Измерение электрического сопротивления. Связь между электропроводностью и концентрацией дефектов.


5.4 Оптические методы исследований. Оптическое поглощение. Люминесценция. Фото-, катодо-, термолюминесценция. In situ ионолюминесценция и пьезоспектроскопия твердых тел.


^ 6. Структурные эффекты высокоэнергетического ионного облучения

6.1 Латентные треки в полимерах, диэлектриках, металлах. Механизмы формирования латентных треков. Модель термического пика. Механизм кулоновского взрыва.


6.2 Моделирование радиационных повреждений, вызываемых осколками деления в реакторных материалах. Наноразмерные структуры, формируемые единичными ионами высоких энергий.


^ 4. Учебно-методическое обеспечение дисциплины


4.1 Методические рекомендации преподавателю


Радиационная физика твердых тел и радиационное материаловедение представляют собой многодисциплинарную и довольно сложную область знаний. Поэтому, чтобы донести материал до студента, необходимо уделять особое внимание систематичности, наглядности и доступности изложения. В настоящее время фактически не существует учебников и пособий по данной дисциплине, а имеющиеся литературные данные, систематизированные в ряде монографий, имеют отношение, главным образом, к вопросам взаимодействия ядерных излучений с веществом. Поэтому основная нагрузка ложится на лекции.

Так как материал по радиационной физике твердых тел содержит большое количество рисунков, схем и другого наглядного материала, крайне желательно использование слайдов. Без этого донести дисциплину до студента будет весьма проблематично. Настоящие лекции предполагают использование около 250 .ppt слайдов. Для облегчения изучения материала, после прочтения каждой лекции распечатки использованных слайдов рекомендуется выкладывать в учебной части, чтобы студенты могли снять с них ксерокс.

Для изучения студентами данного курса достаточно знание физики твердого тела в объеме курса общей физики и основ квантовой механики.


^ 4.2 Методические рекомендации студентам


Для изучения данного курса необходимо и достаточно физики твердого тела в объеме курса общей физики и основ квантовой механики. Так как учебников и учебных пособий по данной дисциплине практически нет, то основная нагрузка ложится на лекции и их конспектирование. Для дополнительного изучения и самостоятельной работы предлагается использовать рекомендуемую литературу, а также энциклопедии в интернете (например, http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page, далее кликнуть меню русского языка слева-внизу).

Для наглядного представления материала при чтении лекций используется около 250 .ppt слайдов. После каждой лекции можно получить в учебной части распечатки использованных слайдов и снять с них ксерокс. На первых этапах эти распечатки будут заменять учебное пособие.

Именно по этим распечаткам следует в первую очередь готовиться к экзаменам.


^ 5. Примерный перечень вопросов, выносимых на зачет


  1. Типы межатомных связей и кристаллов.

  2. Классификация дефектов в кристаллах.

  3. Атомные смещения. Методы определения пороговой энергии образования смещений.

  4. Ионизационные потери энергии заряженных частиц.

  5. Упругое рассеяние заряженных частиц.

  6. Потенциалы и сечения взаимодействия заряженных частиц.

  7. Образование смещенных атомов при нейтронном облучении.

  8. Каскады атомных смещений.

  9. Каскадная функция. Модифицированная формула Кинчина-Пиза.

  10. Образования дефектов на каскадах смещений.

  11. Аннигиляция и отжиг радиационных дефектов.

  12. Уравнения баланса точечных дефектов.

  13. Механизмы радиационно-стимулированной диффузии.

  14. Развитие дефектной структуры при различных температурах облучения.

  15. Радиационное упрочнение металлов и сплавов.

  16. Барьерная модель радиационного упрочнения и охрупчивания.

  17. Радиационная ползучесть. Стадии радиационной ползучести.

  18. Механизмы радиационной ползучести и радиационного роста.

  19. Радиационное распухание. Вакансионное и газовое распухание.

  20. Способы подавления радиационного распухания.

  21. Ионное легирование. Ионное перемешивание.

  22. Ионное распыление поверхности твердых тел.

  23. Зависимость коэффициента распыления от массы, энергии и угла падения ионов.

  24. Установки для внутриреакторных испытаний механических свойств.

  25. Спектрометрия обратного резерфордовского рассеяния.

  26. Рентгеновская дифракция.

  27. Малоугловое рентгеновское рассеяние.

  28. Электронная микроскопия.

  29. Сканирующая туннельная микроскопия.

  30. Атомно-силовая микроскопия.

  31. Связь между электрической проводимостью и концентрацией радиационных дефектов.

  32. Оптическое поглощение. Формула Смакулы.

  33. Люминесцентная спектроскопия. Фото-, катодо-, термолюминесценция, как источники информации о радиационных повреждениях .

  34. In situ ионолюминесценция и пьезоспектроскопия твердых тел.

  35. Регистрация латентных треков в твердых телах и полимерах.

  36. Механизмы формирования латентных треков. Модель термического пика.

  37. Механизмы формирования латентных треков. Модель кулоновского взрыва.

  38. Образование низкоразмерных структур единичными ионами высоких энергий в объеме и на поверхности твердых тел.

  39. Моделирование радиационных повреждений, вызываемых осколками деления в реакторных материалах на пучках тяжелых ионов высоких энергий.

  40. Воздействие ионизации высокой плотности на дефектную структуру облучаемых материалов.


^ 6. Рекомендуемая литература


Основная литература

  1. Томпсон М. Дефекты и радиационные повреждения в металлах М.: Мир, 1971. 368 с.

  2. Лейман К. Взаимодействие излучения с твердым телом и образование элементарных дефектов. М.: Атомиздат, 1979, 296 с.

  3. Кирсанов В.В., Суворов А.Л., Трушин Ю.В. Процессы радиационного дефектообразования в металлах. М.: Энергоатомиздат, 1985 272 с.

  4. Gary S. Was. Fundamentals of Radiation Materials Science. Metals and alloys. Springer, 2007, p. 827.

  5. Ибрагимов Ш.Ш., Кирсанов В.В., Пятилетов Ю.С. Радиационные повреждения металлов и сплавов. М.: Энергоатомиздат, 1985, 240 с.



^

Дополнительная литература


  1. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М., 1978, 791 с.

  2. Блейкмор Дж. Физика твердого тела. М., 1988, с.

  3. Зеленский В.Ф., Неклюдов Н.М., Черняева Т.П. Радиационные дефекты и распухание металлов. Киев: Наукова думка, 1988, 294 с.

  4. Орлов А.Н., Трушин Ю.В. Энергии точечных дефектов в металлах. М.: Энергоатомиздат, 1983, 81 с.

  5. Radiation Effects in Solids. NATO Science Series. Ed. by K.E. Sickafus, E.A. Kotomin and B.P. Uberaga. Springer, 2007, 592 p.

  6. Риссел Х., Руге И. Ионная имплантация. М. Физматгиз, 1983.


7. Материально-техническое обеспечение дисциплины


1.Аудитория, оборудованная экраном и прибором для демонстрации лекционного материала (проектор для показа слайдов с компьютера).


Программа составлена в соответствии с Государственными требованиями к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы подготовки бакалавра по направлению физика


Программу составил:


_______________В.А. Скуратов, кандидат физико-математических наук




Скачать 115,63 Kb.
оставить комментарий
Дата05.11.2011
Размер115,63 Kb.
ТипПрограмма, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх