Радиационное упрочнение и оптические свойства материалов на основе SiO2

18.03.2021 2021 - №01 Физика в ядерной энергетике

В.А. Степанов П.В. Деменков О.В. Никулина

https://doi.org/10.26583/npe.2021.1.13

В предварительных исследованиях было показано, что спектры оптического поглощения радиационно-окрашенных стекол соответствуют спектральному ходу потерь на рассеяние оптически неоднородной среды. Причинами одинаковых оптических изменений в стеклах различного состава являются радиационное разделение электрического заряда в структурно нанонеоднородном объеме стекол, поляризация и образование нанометровых оптических неоднородностей.

Показано, что радиационные изменения механических и оптических свойств кварцевых стекол имеют одинаковую природу. Проведены оценки и показано, что разделение электрического заряда в стеклах происходит до поглощенных доз порядка 1 МГр. Локальное разделение электрического заряда вследствие появления кулоновских сил приводит к радиационному кулоновскому упрочнению стекол. Оценка кулоновского упрочнения кварцевых стекол составила ~ 1⋅107 Па.

Сделанные теоретические оценки экспериментально подтверждены с помощью измерений механических свойств стекол непосредственно в процессе мощного ионизирующего протонного облучения, а также испытаний на механическую прочность композиционного материала с наполнителем из кварцевого стекла. В процессе облучения протонами с мощностью дозы 5⋅103 Гр/с (энергией 8 МэВ) до пороговых доз ~ (1 – 5)⋅106 Гр в кварцевых стеклах КУ-1 происходило уменьшение декремента акустических колебаний, связанное с кулоновским упрочнением. После гамма-облучения 1,34⋅105 Гр композита ХАФСкв предел прочности увеличивался на величину до 20 МПа, и это находится в интервале оценок кулоновского упрочнения кварцевого стекла. Показано, что ионизирующее излучение не оказывает влияние на модули упругости материалов на основе SiO2.

Ссылки

1. Арбузов В.И. Основы радиационного оптического материаловедения – СПб.: СПб ГУ ИТМО, 2008. – 284 с.
2. Stepanov V.A., Baskov P.B., Chernov V.M., Fedorov V.D., Khorozova O.D., Kurdyavko P.V., Sakharov V.V., Stepanov P.A. Fluoride Glasses as Materials for Radiation Optics. // Proc. of the XIIIth Int. Symposium on Non-Oxide Glasses and New Optical Glasses. September 9-13, 2002. – Pardubice, Czech Republic. – Part II. – PP. 674-677.
3. Степанов В.А. Радиационно-индуцированные изменения оптических свойств стекол. // Тез. докл. VII Межд. конф. «Инженерные проблемы термоядерных реакторов». С.-Петербург, 28-31 октября 2002 г. – C. 195.
4. Малиновский В.К., Суровцев Н.В. Неоднородность в нанометровом масштабе как универсальное свойство стекол. // Физ. хим. стекла. – 2000. – Т. 26. – № 3. – С. 315-321.
5. Malinovsky V.K., Novikov V.N. The nature of the glass transition and the excess low-energy density of vibrational states in glasses. // J. Phys.: Condens. Matter. – 1992. – Vol.4. – P. L139.
6. Малиновский В.К., Новиков В.Н., Суворовцев Н.В., Шебанин А.П. Изучение аморфных состояний SiO2 методом комбинационного рассеяния. // ФТТ. – 2000. – Т. 42. – Вып.1. – С. 62-68.
7. Фабелинский И.Л. Молекулярное рассеяние света. – М.: Высшая школа. – 1965. – 512 с.
8. Chernov V.M., Khorasanov G.L., Plaksin O.A., Stepanov V.A., Stepanov P.A., Belyakov V.A. Electrical and Optical Characteristics of Dielectrics for Fusion Use under Irradiation. // Journal of Nuclear Materials. – 1998. – Vol. 253. – P. 175.
9. Plaksin O.A., Chernov V.M., Stepanov P.A., Stepanov V.A. Radiation-Induced Electrical and Optical Processes in Materials Based on Al2 O3. // Journal of Nuclear Materials. – 1999. – Vol. 271-272. – P. 496.
10. Плаксин О.А., Степанов В.А. Радиационно-индуцированные электрические и оптические процессы в материалах на основе Al2 O3. // Оптика и спектроскопия. – 2001. – Т. 90. – № 4. – С. 612-621.
11. Деменков П.В., Плаксин О.А., Степанов В.А., Степанов П.А., Чернов В.М. Кинетика люминесценции кварцевых стекол при облучении протонами. // Письма в ЖТФ. – 2000. – Т. 26. – Вып. 11. – С. 57-61.
12. Никаноров С.П., Кардашев Б.К. Упругость и дислокационная неупругость кристаллов. – М.: Наука, 1985. – 256 с.
13. Кардашев Б.К. Внутреннее трение и физико-механические свойства твердых тел. // Кристаллография. – 2009. – Т. 54. – № 6. – C. 1074-1086.
14. Степанов П.А., Атрощенко И.Г., Стародубцева Н.И., Шуткина О.В., Мельников Д.А. Разработка высокотемпературных композиционных материалов теплозащитного и радиотехнического назначения // Перспективные материалы. – 2014. – №10. – С. 17-21.

кварцевые стекла гамма-облучение оптические свойства акустические измерение радиационное упрочнение

Ссылка для цитирования статьи: Степанов В.А., Деменков П.В., Никулина О.В. Радиационное упрочнение и оптические свойства материалов на основе SiO2. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2021. – № 1. – С. 143-153. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2021.1.13 .