Електронні процеси в опромінених діелектриках та властивості композицій, що містять ядерне паливо - Автореферат

Властивості опромінених діелектриків, тобто діелектриків, що істотною мірою зазнали радіаційних ушкоджень, неодноразово були предметом як теоретичних, так і експериментальних досліджень; такі дослідження, в основному, були стимульовані практичними потребами визначення міри радіаційної стійкості їх електричних та оптичних характеристик по відношенню до різного роду іонізуючих випромінювань. Разом з тим, проведеним дослідженням притаманна одна спільна риса - електронні стани (на рівні Фермі) в досліджуваних матеріалах були локалізовані завдяки вихідній структурі діелектриків, а дія іонізуючого опромінення зводилася лише до модифікації їх електронних властивостей через створення додаткових локальних рівнів (пасток) за рахунок радіаційних дефектів певного типу та модуляції країв зон за рахунок розупорядкування, що мало лише деякий (не визначальний) вплив на основні параметри електронного перенесення в діелектриках. З фундаментальної точки зору, в цьому дослідженні являє інтерес можливість застосування перколяційних моделей в достатньо широкому околі переходу метал-діелектрик, зокрема ролі виродження електронів в змішаних домішкових станах за умов низьких температур, а також можливість безпосередньо дослідити наявність та динаміку поведінки кулонівської щілини в густині станів, позаяк тільки в зазначеному випадку може реалізуватись досить висока електрична провідність (доступна до експериментального вивчення), зумовлена великою густиною станів, що, однак, локалізовані. Окрім зрозумілого фундаментального інтересу до властивостей і поведінки таких систем, що дуже мало вивчені, потреби практики вимагають достеменного знання прогнозу стану і поведінки ЛПВМ і опроміненого палива на досить довгий період часу, аж до переведення обєкту “Укриття” в контрольований (екологічно безпечний) стан. Метою дослідження є розвязання наукового завдання з визначення структури електронних станів та параметрів електронного перенесення в широкому околі переходу метал-діелектрик андерсонівського типу, що відбувається за рахунок розупорядкування іонізуючим опроміненням; не менш важливою метою є розвязання науково-прикладного завдання з ідентифікації фізичних процесів, відповідальних за утворення композицій, що містять опромінене ядерне паливо, в умовах важкої ядерної аварії, а також за прогноз стану і поведінки таких композицій на тривалий відрізок часу.Автором обґрунтовується недоцільність виділення в окремий розділ опису всіх методик вимірювання через їх велике різноманіття і специфіку, бо багато методик було спеціально розроблено для виконання конкретних вимірювань; у відповідних розділах дисертації, згідно нормативних вимог, наводиться опис методик вимірювання й обрахунку експериментальних даних в обсязі, достатньому для розуміння побудови й принципів роботи вимірювальних установок, а також обґрунтування достовірності отриманих експериментальних даних. В другому розділі наведено результати експериментального дослідження явищ електронного перенесення в твердих напівпровідникових розчинах n,p-Si0.7Ge0.3, що були структурно розупорядкувані шляхом їх високотемпературного опромінення високим (1024 м-2) флюенсом нейтронів в ядерному реакторі ВВР-М. Видимим проявом кулонівської щілини є чітка зміна параметра р в узагальненому законі Мотта для температурної залежності питомого опору r(Т) = r0 ехр [(Т0/ Т)р] , де 0 <p <1 (1) від р = ј в діапазоні 100 К, 25 К, коли KT значно перевищує ширину щілини і густина станів практично не залежить від енергії, до р=Ѕ при Т d 15 Коли практично нульова (в околі рівня Фермі) густина станів залежить від енергії параболічно. Матеріали, що взаємодіють a, кг/(м2•год) Умови взаємодії уранове паливо - цирконій <0,5 Т » 1900 °С силікати - цирконій > 22 Т » 1100 °С силікати - уранове паливо > 6 Т » 1600 °С (вакуум) силікати - уранове паливо > 14 Т » 950 °С (повітря) силікати - вуглецева сталь > 24 Т » 1150 °С силікати - неіржавіюча сталь > 1,1 Т » 1150 °С Дуже важливою є обставина, що джерелом теплової енергії була енергія радіоактивного розпаду продуктів поділу, що містились в самому паливі (порядку 230 Вт/кг палива); через те в місцях розташування палива, безсумнівно, мала місце локально підвищена температура, що й забезпечило повне його розчинення.Твердо встановлені закономірності і отримані вихідні дані з механізмів утворення, властивостей і поведінки композицій, що містять опромінене ядерне паливо, надають можливість розвязку низки прикладних проблем загальнодержавного і міжнародного значення, повязаних з необхідністю вироблення стратегії і технологій поводження з такими матеріалами, а також винайденням науково обґрунтованого прогнозу і поведінки таких матеріалів в майбутньому. В разі відпалу опроміненого n,p-Si0.7Ge0.3 за температур, коли КТВ порівнянне з енергіями, що відповідають ширині смуги локалізованих станів, відбувається зворотній перехід ізолятор-метал з практично повним відновленням основних кінетичних параметрів матеріалу до значень, характерних для вихідного металічного мате

2. Основний зміст роботи