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. 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. Таким чином, Актуальність теми дисертації зумовлена необхідністю узагальнення фундаментальних закономірностей перебігу електронних процесів в діелектриках, розупорядкованих іонізуючим опроміненням та практичною потребою досягнення повноцінного розуміння складного комплексу фізичних процесів, відповідальних за поведінку і прогноз стану опроміненого ядерного палива та його композицій, що містяться в обєкті “Укриття”. 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 t T t 25 К, коли KT значно перевищує ширину щілини і густина станів практично не залежить від енергії, до р=Ѕ при Т d 15 К (Рис.2), 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. Встановлено, що в сильнолегованому n,p-Si0.7Ge0.3 з металічною провідністю, де концентрація домішок більша за моттівську на три порядки, під дією високоінтенсивного нейтронного опромінення відбувається структурний фазовий перехід метал-ізолятор типу ІІ за Андерсоном за рахунок структурного розширення енергетичної смуги домішкових станів. В разі відпалу опроміненого n,p-Si0.7Ge0.3 за температур, коли КТВ порів

Основний зміст роботи