Офіційний веб сайт

Застосування методів мультимасштабного моделювання до дослідження систем під опроміненням

м80

Представлено Інститутом прикладної фізики НАН України

Автор: Харченко В.О., к.ф.-м.н.,  Лисенко І.О., к.ф.-м.н.

Метою роботи є розвиток послідовного опису мікроструктурних перетворень у рамках мультимасштабного моделювання у системах, що перебувають у сильно нерівноважних умовах, викликаних дією опромінення.

Авторами проведено дослідження мікроструктурних перетворень в чистих матеріалах та твердих бінарних розчинах, що знаходяться в умовах впливу сталої дії опромінення. Для детального та повного аналізу динаміки процесів упорядкування, фазового розшарування та структуроутворення авторами застосовано схему мультимасштабного моделювання. Проаналізовано стійкість бінарних розчинів на основі цирконію при зміні концентрації легуючих елементів. Встановлено, що врахування нееквівалентності енергій бомбардуючих частинок стимулює процеси упорядкування та структуроутворення. Показано, що в таких системах розмір структур визначається потоком опромінення та середньою довжиною стрибків вибитих атомів. Використання теорії швидкісних реакцій дозволило детально проаналізувати динаміку та процеси самоорганізації ансамблю точкових дефектів в опромінюваних матеріалах та еволюцію структури зерен в таких системах.

Досліджуючи процеси фазового розшарування бінарних твердих розчинів, що зазнають сталої дії опромінення, показано, що інтенсивність атомного перемішування, викликаного опроміненням, та нееквівалентність енергії бомбардуючи частинок контролюють процеси виділення нової фази. Показано, що опромінення призводить до підвищення опору матеріалу пластичній деформації та зниження пластичності сплаву.

При дослідженні процесів структуроутворення на поверхні опромінюваних матеріалів, де спостерігаються процеси іонного розпорошення, показано, що морфологією поверхневих структур та їх розміром можна керувати, змінюючи кут розпорошення, енергію частинок та інтенсивність флуктуацій потоку опромінення і кута розпорошення.

Кількість публікацій: 100, в т.ч. за тематикою роботи 2 монографії, 15 статей (9 – у зарубіжних виданнях).Загальна кількість посилань на публікації авторів складає 516 (згідно з базою даних SCOPUS), h-індекс = 13 та 524 (згідно з базою даних Google Scholar), h-індекс = 14.

Надіслати коментар

Коментарі

Татаренко Валентин Андрійович, д.ф.-м.н., проф.

В останні роки було з’ясовано, що всебічного дослідження мікроструктурних перетворень у кристалічних системах, віддалених від рівноваги, можна досягти застосуванням процедури мультимасштабного моделювання, де на вищих ієрархічних рівнях опису запроваджується самоузгоджене використання результатів, одержаних на нижніх рівнях, зокрема, квантово-механічного та атомістичного моделювання. Така процедура активно застосовується для проєктування нових матеріялів і з’ясування поведінки вже наявних, які використовуються в якості, наприклад, конструкційних матеріялів в атомній енергетиці. Тому тема досліджень в даній роботі є актуальною, оскільки пов’язана із застосуванням мультимасштабного підходу до визначення впливу структурного безладу, що ґенерується опроміненням, на зміну мікроструктури стопів конструкційних матеріялів, які зазнають сталої дії опромінення.
Результати дослідження представлено у п’ятьох розділах: перших чотири стосуються дослідження процесів в об’ємі матеріялу при опроміненні нейтронами, а в останньому увагу зосереджено на поверхневих ефектах при опроміненні мішеней важкими йонами. Слід зазначити, що автори вміло використовують підходи стосовно дослідження на різних рівнях опису, починаючи з квантово-механічного та використовуючи так звані гібридні методи (теорія фазового поля кристалу), які уможливлюють перейти за межі застосування молекулярної динаміки, не заглиблюючись у мезоскопічний рівень опису, а також методи швидкісної теорії, теорії фазового поля та теорії пружности для розгляду процесів розпаду твердих розчинів і змін механічних властивостей досліджуваних зразків. До основних результатів можна віднести: встановлення змін параметрів ґратниці та критичної концентрації домішок ніобію при структурному фазовому переході цирконію; пояснення характеру перерозподілу дефектів та їх кластеризації при дії опромінювальних потоків, які мають статистичну природу; демонстрацію конструктивної ролі кореляційних ефектів флюктуацій швидкости пошкоджень, що спричиняють реверсивний характер упорядкування; проведення детального опису розподілу пружніх полів і змін механічних властивостей при навантаженні опромінюваних зразків. При дослідженні процесів формування наноструктурних об’єктів на поверхні розпорошуваного зразка встановлено всі можливі типи рівноважних і хвильових поверхневих структур, які реалізуються в досліджуваному зразку. Одержані авторами результати добре описують експериментальні дані та можуть слугувати поштовхом для експериментального дослідження процесів кластеризації точкових дефектів, руху кластерів, їхнього впливу на характер утворення та розчинення преципітатів, на перебіг процесів сеґреґації. Незважаючи на загальність моделей і результатів, їх можна безпосередньо застосовувати для вивчення поведінки конкретних кристалічних систем в умовах опромінення в реакторах та пришвидшувачах частинок. Таким чином, дана робота має високу практичну цінність.
За результатами досліджень було опубліковано 2 монографії та 15 статей у провідних журналах, що входять до міжнародних наукометричних баз да-них.
Отже, я вважаю, що за ориґінальністю досліджень, постановкою задачі й одержаними результатами дана робота заслуговує на присудження премії Пре-зидента України для молодих вчених.

Заступник директора з наукової роботи
Інституту металофізики ім. Г. В. Курдюмова
д.ф.-м.н., проф. В. А. Татаренко

Олексієнко Галина Андріївна, к.ф.-м.н.

Останніми роками дослідження поведінки матеріалів у різних нерівноважних умовах досягається використанням перспективних теоретичних положень, об’єднаних у так звану схему багатомасштабного моделювання, яка самоузгодженим чином враховує розрахунки поведінки системи на різних ієрархічних рівнях опису кожної конкретної системи: кристалу, сплаву, тощо. Такий підхід склав основу досліджень представленої роботи, де уміло використано декілька підходів, що враховують якнайменш три ієрархічних рівня і добре зарекомендували себе для дослідження мікроструктури різних систем. На відміну від ідеалізованого опису, що відповідає детерміністичним системам, у поданій роботі використано теорію стохастичних систем, яка дозволяє розглядати досліджувану систему в умовах найбільш наближених до реальних. За сукупністю отриманих результатів, їх новизною та актуальністю, вважаю, що представлена робота заслуговує на присудження премії Президента України для молодих учених.

Volodymyr Chmyrov, PhD

У колі проблем сучасної теоретичної фізики та статистичної фізики нерівноважних явищ питання, пов’язані з фазовими та мікроструктурними перетвореннями у матеріалах, що зазнають впливу сталої дії опромінення, являють актуальний напрямок досліджень. Розвинені у роботі методики, спираються на раніше розвинуті підходи ab-initio, теорії середнього поля Вейса, теорії фазового поля кристалу Гранта-Елдера, теорії фазового розшарування Кана-Хіллярда-Кука, теорії зародкоутворення Ліфшиця-Сльозова та теорії зміни морфології поверхонь Бредлі-Харпера, що використовуються у провідних наукових центрах. Я вважаю, що робота є актуальною і сучасною, тому має бути відзначена премією Президента України для молодих вчених.

Жиленко Тетяна, к.ф.-м.н.

В даній роботі розв’язуються задачі, пов’язані з встановленням додаткових механізмів, які керують проходженням процесів упорядкування та нерівноважних мікроструктурних перетворень на різних рівнях опису у однокомпонентних кристалічних системах та двокомпонентних системах еквіатомного складу, підданих радіаційному опроміненню, що становить актуальний напрямок сучасної теоретичної фізики конденсованого стану та є важливими в області реакторного матеріалознавства. Важливою особливістю роботи є врахування внутрішніх і зовнішніх шумів у модельованих системах та проведення аналізу їх впливу на процеси упорядкування. Використання провідних методів та їх узагальнення для дослідження систем під опроміненням дозволяють рекомендувати роботу на присудження премії.

Борисов Станіслав Сергійович, к.ф.-м.н.

Нерівноважні процеси, що проходять у системах підданих радіаційному опроміненню є об’єктом дослідження у багатьох наукових центрах світу, оскільки їх вивчення дозволяє прогнозувати поведінку матеріалів при різних дозах опромінення та температурних режимах, виявити конструкційну стійкість матеріалів, тощо. Для дослідження конкретних матеріалів у конкретних умовах необхідно вивчити можливі ефекти їх реакції на взаємодію атомної систем із бомбардуючими високоенергетичним частинками. Представлена робота спрямована на вирішення саме такого завдання: розвинення багаторівневого опису мікроструктурних перетворень і фазового розшарування у системах, що перебувають у сильно нерівноважних умовах. Тому актуальність теми обраних досліджень не викликає сумніву і заслуговує на присудження премії.

Лопаткін Роман Юрійович, к.ф.-м.н., доц.

Стрімкий розвиток сучасної комп’ютерної техніки дозволяє використовувати числове моделювання для дослідження різних систем як в рівноважних так і в нерівноважних умовах, викликаних дією зовнішнього впливу, зокрема опроміненням. У даній роботі авторами застосовується підхід, що базується на використанні де-кількох методів мультимасштабного моделювання для дослідження систем, які зазнають впливу опромінення. Зокрема, в рамках розрахунків з перших принципів досліджено структурні перетворення в цирконієвих стопах; в рамках теорії фазового поля та фазового поля кристалу встановлено умови структурування однокомпонентних систем та фазового розшарування бінарних сплавів; з використанням терії швидкісних реакцій досліджено динаміку еволюції ансамблю точкових дефектів, встановлено умови формування кластерів дефектів, досліджено еволюцію зеренної структури в матеріалах, що зазнають стодол дії опромінення. Отримані авторами результати мають практичну цінність, адже можуть бути корисними при описі процесів еволюції дефектної структури та мікроструктурних перетворень в опромінюваних матеріалах та при прогнозуванні нових матеріалів, стійких до радіаційного впливу. Тому вважаю, що робота «Застосування методів мультимасштабного моделювання до дослідження систем під опроміненням» є актуальною та заслуговує на присудження премії Президента України для молодих вчених.

Борисюк Вадим Миколайович, к.ф.-м.н.

Одним із головних чинників що визначають безпечність роботи атомних електростанцій є використання матеріалів, стійких до сталого впливу радіаційного опромінення. При цьому одією з головних задач сучасної ядерної фізики є всебічне дослідження радіаційних ефектів в конструкційних матеріалах реакторної техніки. Разом зі стандартними методами таких досліджень, заснованими на експериментальних дослідженнях впливу опромінення на матеріали при опроміненні в реакторах та на прискорювачах, останнім часом широко використовуються методи комп’ютерного моделювання зміни мікроструктури матеріалів в рамках загальної схеми мультимасштабного моделювання, яка включає методи розрахунків з перших принципів, методи моделювання молекулярної динаміки, кінетичного Монте-Карло, дислокаційну динаміку, швидкісну теорію та континуальні підходи. У даній роботі проводиться числове моделювання еволюції точкових дефектів, що генеруються опроміненням, досліджуються умови їх кластеризації, динаміка радіаційно-стимульованого упорядкування та розшарування, еволюція зеленної структури в поромінуваних матеріалах та зміна морфології поверхні матеріалів при іонному розпорошенні. Отримані в роботі нові результати опубліковано у провідних наукових журналах та монографіях. За актуальністю проведених досліджень та цінності отриманих результатів дана робота беззаперечно заслуговує на присудження премії Президента України для молодих вчених.

Вернигора Ірина Василівна, к.ф.-м.н.

Стійкість матеріалів, що експлуатуються в реакторній техніці, до радіаційного опромінення визначає тривалість роботи атомної електростанції. Тому сумісні експериментальні й теоретичні дослідження радіаційно-індукованих ефектів в опромінюваних матеріалах є актуальною задачею в сучасній ядерній фізиці та радіаційному матеріалознавстві. В даній роботі проводиться комплексне дослідження таких ефектів в рамках використання схеми мультимасштабного моделювання. Авторами отримано ряд нових результатів в області радіаційних пошкоджень матеріалів, що зазнають сталої дії опромінення. Встановлено умови структурування точкових дефектів та досліджено процеси мікроструктур них змін. Індукованих дією опромінюючих джерел як в об’ємі матеріалів при бомбардуванні високоенергетичними частинками, так і на поверхні при протіканні процесів іонного розпорошення. Вважаю, що за сукупністю отриманих результатів, якості публікацій та актуальності проведених досліджень робота «Застосування методів мультимасштабного моделювання до дослідження систем під опроміненням» заслуговує на присудження премії Президента України для молодих вчених.

Заскока Антон Миколайович, к.ф.-м.н.

Дослідження впливу опромінення на властивості матеріалів набувають актуальності в області ядерної фізики та енергетики. Це у першу чергу пов’язано з модернізацією атомних електростанцій, які потребують використання нових матеріалів стійких до радіаційного впливу. Теоретичні розрахунки з використанням методів числового моделювання дозволяють спрогнозувати поведінку матеріалів при різних умовах опромінення, визначити умови реалізації мікроструктурних перетворень, індукованих дією опромінення, встановити механізми розшарування багатокомпонентних систем та ін. У зв’язку з цим представлена робота «Застосування методів мультимасштабного моделювання до дослідження систем під опроміненням» авторів В.О.Харченко та І.О.Лисенко має велику як наукову, так і практичну цінність, а результати роботи можуть бути використані як у фундаментальних дослідженнях процесів мікроструктурних перетворень в матеріалах, що знаходяться в сильно нерівноважних умовах, зокрема при опроміненні, так і у прикладних дослідженнях при дослідженні радіаційної стійкості матеріалів. Тому вважаю, що дана робота заслуговує на присудження премії Президента України для молодих вчених.

Ляшенко Яків Олександрович, д.ф.-м.н., доц.

В даній роботі досліджуються радіаційно-індуковані ефекти в одно- та дво-компонентих системах з використанням декількох методів загальної схеми мультимасштабного моделювання складних систем. Робота складається з п’яти оригінальних розділів, які послідовно доповнюють один одного. Використання різних методів дозволило авторам провести детальні дослідження структурних характеристик, динаміки упорядкування та структуроутворення на різних рівнях опису. Представлені в роботі результати опубліковані як у вітчизняних, так і у зарубіжних журналах. Вони можуть бути підґрунтям для проведення подальших теоретичних досліджень в області радіаційних ефектів та мікроструктурних перетворень та можуть бути використані для прогнозування властивостей матеріалів при проведені реальних експериментів з опромінення матеріалів. Вважаю, що робота заслуговує на присудження Премії Президента України для молодих вчених.

Овчаренко Юрій Михайлович, к.ф.-м.н., доц.

У даній роботі досліджуються радіаційно-індуковані ефекти в одно- та двокомпонентих системах з використанням декількох методів загальної схеми мультимасштабного моделювання складних систем. Робота складається з п’яти оригінальних розділів, які послідовно доповнюють один одного. Використання різних методів дозволило авторам провести детальні дослідження структурних характеристик, динаміки упорядкування та структуроутворення на різних рівнях опису. Представлені в роботі результати опубліковані як у вітчизняних, так і у зарубіжних публікаціях. Вони можуть бути підґрунтям для проведення подальших теоретичних досліджень в області радіаційних ефектів та мікроструктурних перетворень та можуть бути використані для прогнозування властивостей матеріалів при проведені реальних експериментів з опромінення матеріалів. Вважаю, що робота заслуговує на присудження Премії Президента України для молодих вчених.

Швець Уляна Станіславівна, к.ф.-м.н.

Роботу присвячено теоретичному дослідженню радіаційних ефектів в опромінюваних матеріалах. При отримані результатів роботи авторами використано декілька методів загальної схеми мультимасштабного моделювання матеріалів. Зокрема з використанням розрахунків з перших принципів авторами досліджено структурні, електронні та енергетичні властивості цирконій-ніобієвих стопів, що використовуються в реакторній техніці як тепло-виділяючі елементи. Тут встановлено критичну концентрацію атомів ніобію, коли реалізується структурний перехід. Використання методу фазового поля кристалу досліджено ефекти структурування в однокомпонентних матеріалах, підданих сталій дії опромінення. Еволюцію ансамблю нерівноважних точкових дефектів, генерованих опромінення, та їх об’єднання у кластери досліджено з використанням теорії швидкісних реакцій. Тут детально вивчається вплив швидкості набору дози та температури на динаміку опромінюваної системи. Окремо досліджено процеси формування структур на поверхнях матеріалів при іонному розпорошенні. Всі отримані авторами результати є новими, актуальними та безсумнівно мають величезну практичну цінність для подальших як теоретичних так й експериментальних досліджень щодо стійкості матеріалів до радіаційного впливу. Вони опубліковані в монографіях та наукових вітчизняних й закордонних виданнях. Тому вважаю, що дана роботу заслуговує на присудження премії Президента України для молодих вчених.

Щокотова Ольга Михайлівна, к.ф.-м.н.

Робота "Застосування методів мультимасштабного моделювання до дослідження систем під опроміненням" присвячена теоретичному дослідженню процесів мікроструктурних перетворень в однокомпонентних матеріалах та бінарних сплавах, підданих дії опромінення. Авторами використовується низка різним методів та підходів до числового моделювання таких явищ, як, структурування, упорядкування та фазове розшарування, викликаних дією опромінюючих джерел. Результати роботи є корисними як з точки зору фундаментальних досліджень, так і для прикладних досліджень. Вони можуть використовуватися для прогнозування поведінки матеріалів, що зазнають впливу опромінення. Зважаючи на це вважаю, що ця робота безсумнівно заслуговує на присудження їй Премії Президента України для молодих вчених.

Кохан Сергій Васильович, к.ф.-м.н.

В даній роботі автори досліджують динаміку та статистичні характеристики систем, підданих дії опромінюючих джерел в рамках методів числового моделювання. Представлена робота є комплексною та поєднує результати досліджень на різних рівнях опису. Досліджено вплив опромінення на процеси упорядкування однокомпонентних систем; індуковані опроміненням процеси фазового розшарування бінарних систем; процеси структуроутворення на поверхнях матеріалів при йонному розпорошенні, індукованому опроміненням. Результати роботи опубліковано у вітчизняних та зарубіжних публікаціях та у двох монографіях, що свідчить про високу наукову значимість та обгрунтованість отриманих результатів. Вважаю, що робота Харченко В.О. та Лисенко І.О. "Застосування методів мультимасштабного моделювання до дослідження систем під опроміненням" заслуговує на присудження премії Президента України для молодих вчених.

Дворниченко Аліна Василівна, к.ф.-м.н.

Роботу "Застосування методів мультимасштабного моделювання до дослідження систем під опроміненням"
присвячено дослідженю мікроструктурних перетворень в матеріалах, що зазнають сталої дії опромінення. Розглядаються як мікроскопічні ефекти (атомна структура) так і мезоскопічні, пов'язані з еволюцією дефектної структури, фазовим розшаруванням та структуроутворенням на поверхні опромінюваних матеріалів. Отримані результати є фізично обгрунтованими та мають прикладний характер для прогнозування поведінки матеріаліів при опроміненні. У зв'язку з вищенаведеним, вважаю, що представлена робота виконана на високому науковому рівні та гідна присудження Премії Президента України для молодих вчених.

Залишити новий коментар

Вміст цього поля є приватним і не буде доступний широкому загалу.
CAPTCHA
Для запобігання від спаму, щоб залишити коментар введіть будь ласка символи,які зображені нижче. Дякуємо за розуміня.