Аннигиляция позитронов в сплавах на основе железа и свинца тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

МЬО ЗО ХТУТ

АННИГИЛЯЦИЯ ПОЗИТРОНОВ В СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА И СВИНЦА

01.04.01 - «Приборы и методы экспериментальной физики»

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Москва-2010

004609893

Работа выполнена в Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ».

Научный руководитель: доцент кафедры «Медицинская

физика» НИЯУ МИФИ, к.ф.-м.н. Штоцкий Ю.В.

Официальные оппоненты: профессор кафедры «Прикладная

ядерная физика» НИЯУ МИФИ, д.т.н. Самосадный В.Т.

ст.н.с. ИОНХ РАН, к.ф.-м.н. Бардышев И.И.

Ведущая организация: ФГУП ГНЦ РФ «Институт теоретической

и экспериментальной физики».

Защита состоится «13» октября 2010 г. в 1630 часов на заседании диссертационного совета Д.212.130.07 в НИЯУ МИФИ, по адресу: 115409, г. Москва, Каширское шоссе, 31, телефон 323-91-67, в конференц-зале ауд. К608.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИЯУ МИФИ.

Автореферат разослан « » сентября 2010 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просьба направлять по адресу: 115409, г. Москва, Каширское шоссе, 31, диссертационный совет, Улину С.Е.

Учёный секретарь диссертационного совета, д.ф.-м.н., профессор

Улин С.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований.

Современный научно-технический прогресс невозможен без создания новых материалов с заранее заданными свойствами. Физико-химические свойства веществ определяются их электронной структурой. Для изучения этих свойств, а также структурных и радиационных дефектов в твердых телах широко используются методы позитронной диагностики. В металлах и сплавах метод аннигиляции позитронов позволяет определять импульсное распределение электронов и энергию уровня Ферми которые во многом определяют их механические, электрические и магнитные свойства.

В настоящее время особенное внимание уделяется проблемам, связанным с атомной энергетикой. Это, прежде всего, надежность и безопасность работы ядерно-энергетических установок, зависящих от конструкционных материалов, работающих в интенсивных полях ионизирующего излучения.

В данной работе приведены экспериментальные результаты, полученные методом позитронной диагностики для ряда чистых металлов и сплавов на основе свинца, а также образцов высоколегированной стали с различной концентрацией азота. Кроме этого, приведены результаты моделирования методом Монте-Карло процессов взаимодействия позитронов и аннигиляционных у-квантов с веществом.

Целью данной работы является:

1. Создание системы управления спектрометром угловых корреляций аннигиляционных -/-квантов, обеспечивающей долговременное проведение экспериментов, а также сбор и накопление информации.

2. Разработка методики проведения экспериментов на спектрометре угловых корреляций и программ коррекции спектров с использованием результатов моделирования методом Монте-Карло процессов, происходящих при аннигиляции позитронов в исследуемых материалах.

3. Разработка конструкции высокоинтенсивного источника моноэнергетических позитронов на базе реактора НИЯУ МИФИ.

4. Получение новых экспериментальных результатов, расширяющих область применения позитронной диагностики вещества.

Основные результаты работы:

1. Разработано специализированное устройство автоматизированного управления спектрометром угловых корреляций аннигиляционных у-квантов, обеспечивающее долговременное проведение экспериментов: сбор и накопление информации. Использование ЭВМ позволяет проводить обработку поступающей информации непосредственно в течение эксперимента и корректировать его ход.

2. Разработан комплекс программ моделирования методом Монте-Карло основных процессов, происходящих при аннигиляции позитронов с учётом геометрических размеров и формы образца и распределения позитронов по его глубине. Это позволило ввести коррекцию измеряемых спектров угловых корреляций и, тем самым, повысить точность и надёжность получаемых результатов.

3. Предложена оригинальное конструкция конвертора п° - у - е и с помощью метода Монте-Карло рассчитаны характеристики высокоинтенсивного источника моноэнергетических позитронов

Ю|0е /с), который может быть использован при создании современного центра позитронной спектроскопии на базе реактора НИЯУ МИФИ.

4. Определены основные параметры спектров угловых корреляций аннигиляционных у-квантов в образцах высоколегированной аустенитной стали Х20Г16Н10А с концентрацией азота от 0,064 % до 0,77 %, Обнаружена параболическая компонента с углом Ферми 0Р ~ 5,65 мрад интенсивностью IP ~ 10 %, отвечающей за аннигиляцию позитронов с электронами проводимости с энергией Ферми 8,2 эВ и две гауссовые компоненты agi ~ 5,1 мрад (Igi~60%) и Og2 ~ 7,2 мрад (Ig2 ~ 30%), отвечающие за аннигиляцию с валентными электронами атомов, расположенными на границе зёрен и электронами ионного остова зерна. Увеличение концентрации азота уменьшает вероятность аннигиляции позитронов с электронами ионного остова зерна и увеличивает вероятность аннигиляции позитронов с валентными электронами

атомов, расположенных на границах зёрен или вблизи структурных дефектов. С помощью метода угловых корреляций измерены энергии Ферми в сплавах свинец-висмут и свинец-олово в поликристаллическом и жидком состоянии, а также в ряде чистых металлов. На основании полученных данных показана применимость теории свободного электронного газа для данных металлов и сплавов.

Научная новизна работы:

На основе моделирования методом Монте-Карло спроектирован оригинальный конвертор и0- у -е для высокоинтенсивного источника моноэнергетических позитронов (~Ю10е+/с) на базе реактора НИЯУ МИФИ, необходимого при исследовании гетероструктур.

Впервые определены параметры спектров угловых корреляций аннигиляционных у-квантов в образцах высоколегированной аустенитной стали Х20Г16Н10А с концентрацией азота от 0,064 % до 0,77 % и уточнены значения энергии Ферми в ряде чистых металлов и сплавов на основе свинца.

Впервые обнаружено, что увеличение концентрации азота уменьшает вероятность аннигиляции позитронов с электронами ионного остова зерна и увеличивает вероятность аннигиляции позитронов с валентными электронами атомов, расположенных на границах зёрен или вблизи структурных дефектов; что указывает на влияние возникающих азотосодержащих комплексов на распределение легирующих элементов внутри зерна и незначительно изменяют дефектную структуру при увеличении концентрации азота.

Научная н практическая значимость:

Разработано специализированное устройство автоматизированного управления спектрометром угловых корреляций аннигиляционных у-квантов на основе ЭВМ и платы счётчиков-таймеров и ввода/вывода цифровой информации типа ЛА-ТМР, обеспечивающее долговременный сбор и накопление информации. Система позволяет проводить обработку поступающей информации непосредственно во время эксперимента и корректировать его ход. Данное устройство является

универсальным и применимо при решении широкого круга задач автоматизации физических экспериментов.

Разработанные программы математического моделирования методом Монте-Карло основных процессов, происходящих при аннигиляции позитронов в образцах с учётом физических характеристик и реальных геометрических размеров, позволяют проводить коррекцию искажений, возникающих при измерении спектров угловых корреляций, и, следовательно, уточнить значения измеряемых параметров спектров угловой корреляции, в частности, значение энергии Ферми металлов и сплавов.

Предложена на основе моделирования методом Монте-Карло оригинальная конструкция конвертора п° — у - е+ для высокоинтенсивного источника моноэнергетических позитронов (~ 10ю е+/с) с изменяемой энергией на базе реактора НИЯУ МИФИ для исследования микро- и нано-объектов.

Полученные результаты экспериментальных исследований высоколегированной аустенитной стали Х20Г16Н10А с различной концентрацией азота, а также сплавов на основе свинца могут найти применения в различных областях науки и техники: при разработке и усовершенствовании технологии изготовления конструкционных материалов, работающих в интенсивных полях ионизирующего излучения, а также при создании перспективных теплоносителей для ядерно-энергетических установок на быстрых нейтронах.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Специализированное устройство автоматизированного управления спектрометром угловых корреляций аннигиляционных у-квантов, обеспечивающее долговременный сбор и накопление информации.

2. Результаты моделирования методом Монте-Карло основных процессов, происходящих при аннигиляции позитронов в веществе с учётом физических характеристик и реальных геометрических параметров исследуемых образцов.

3. Конструкция оригинального конвертора и0 - у - е+ для высокоинтенсивного источника моноэнергетических позитронов (~ 10ше+/с) с изменяемой энергией на базе реактора НИЯУ МИФИ.

4. Результаты экспериментального изучения методом аннигиляции позитронов электронной структуры ряда чистых металлов, сплавов на основе свинца, а также образцов высоколегированной стали с различной концентрацией азота.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах и ежегодных конференциях НИЯУ МИФИ (20072010 гг.) и школе - семинаре ИТЭФ (2007 г).

Публикации.

Материал диссертации основан на работах, опубликованных в период (2007-2010 гг.) в российских журналах, включенных ВАК РФ, и в сборниках научных конференций НИЯУ МИФИ. Количество работ по теме диссертации, опубликованных за этот период и использованных в диссертации - 7, список работ приведен в конце автореферата.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, пяти приложений и списка литературы. В конце каждой главы содержатся выводы, а основные выводы диссертации приведены в заключении. Материал изложен на 154 страницах, включая 14 таблиц и 65 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 103 наименований. Полный объем диссертации 197 страниц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследования, определена цель работы, отражены научная новизна и практическая значимость полученных результатов и др.

Первая глава включает в себя обзор основных требований, предъявляемых к конструкционным материалам установок атомной энергетики, а также современных методов их диагностики. Рассмотрены основы метода аннигиляции позитронов, физические свойства позитрона и атома позитрония, механизмы аннигиляции позитронов в веществе. Проведено сравнение возможностей неразрушающего метода аннигиляции позитронов с другими методами исследования и показаны его преимущества при исследовании электронной структуры и радиационных дефектов в металлах и сплавах; возможности метода для проведения измерений при различных температурах исследуемых образцов; высокая чувствительность к локальным изменениям электронной плотности и т.д. Практическое использование метода аннигиляции позитронов связано с разработкой и усовершенствованием экспериментальных установок, совершенствованием методики проведения экспериментов и математической обработки получаемых экспериментальных данных. Показано, что использование традиционных методик позитронной спектроскопии не позволяет в полной мере решать вопросы диагностики микро- и нано-объектов. Это связано и с длительным временем набора информации, невозможностью исследования приповерхностных слоев, сложностью анализа данных, полученных разными методиками. Рассмотрены способы совершенствования традиционных методик и направления развития новых методов позитронной диагностики. Показано, что наиболее перспективным направлением развития позитронной спектроскопии является создание позитронных фабрик, оснащённых высокоинтенсивными

1012е+/с) пучками позитронов с изменяемой энергией.

Во второй главе представлено описание спектрометра уг ловых корреляций аннигиляционного излучения с длиннощелевой геометрией, «КВАНТ-ТМР», модернизированного на основе созданного ранее на базе реактора НИЯУ МИФИ спектрометра «Квант-ИТЭФ». Сцинтилляционные детекторы на основе кристаллов N(11 (Т1) 0100x100 мм и ФЭУ-49Б имеют ~ 90%

эффективность регистрации аннигиляционных у-квантов, а малое разрешающее время схемы совпадений ~ 100 нс существенно снижает фон случайных совпадений. Разработанное специализированное устройство автоматизированного управления спектрометром на основе ЭВМ и платы счётчиков-таймеров и ввода/вывода цифровой информации типа J1A-TMP обеспечивает управление подвижным плечом спектрометра, долговременное проведение экспериментов, а также сбор и накопление информации с детекторов. Использование компьютера позволяет контролировать рабочие параметры электронного тракта спектрометра, сократить потери рабочего времени, обусловленные сбоями напряжения питания, резким изменением температуры, отказом в работе электронных блоков и т.д., а также проводить обработку поступающей информации непосредственно в течение эксперимента и корректировать его ход. Рассмотрены методические вопросы проведения экспериментов с учётом необходимости последующей коррекции измеряемых спектров, связанной с распадом источника позитронов за время набора спектров, изменением фоновых условий и т.д.

В третьей главе рассмотрены вопросы математического моделирования взаимодействия ^-частиц с веществом. Разработанная в среде MATLAB программа «PDDS» позволила смоделировать методом Монте-Карло профили распределения моноэнергетических позитронов с энергией 0,1 + 2,0 МэВ по глубине образцов Al, Ni, Mo, Ag, Та и Pb и определить экстраполированные пробеги в этих металлах. Показано, что результаты моделирования хорошо согласуются с литературными данными с точностью до 10 %. Получены энергетические и угловые распределения позитронов для источников 22Na, защищенного титановой фольгой толщиной Юмкм, и 64Си, изготовленного в виде медной фольги толщиной 4 ^ 500 мкм; рассчитаны профили распределения и линейные коэффициенты поглощения позитронов от этих источников в ряде металлов. Вычислены значения коэффициентов обратного рассеяния позитронов /?-спектра источников 22Na и 64Си для металлов с различным Z и определено, что они достаточно хорошо описываются зависимостью qpac (z) ~ const ■ sfz .

Моделирование процессов, происходящих при измерении спектров угловых корреляций аннигиляционного излучения показало, что для эффективной коррекции спектров необходимо максимально точно задавать геометрические параметры образца: его размеры, форму, шероховатость поверхности и т.д. Использование рассчитанных коэффициентов коррекции (рис. 1) существенно уменьшает асимметричность измеренных спектров УКАИ (например, для образца РЬ размером 20x20 мм с 15 % до 1,3 %).

На основе моделирования методом Монте-Карло рассчитаны параметры конвертора п° - у - е+ для высокоинтенсивного источника медленных позитронов (~ Ю10е+/с) на базе реактора НИЯУ МИФИ (рис. 2). Конвертор состоит из 125 спиральных секций, изготавливаемых из полосок вольфрамовой фольги шириной 2 мм и толщиной 25 мкм.

-30 -20 -10 О 10 20 30

Угол (в), |мрад] | : Угол (в) . ,

-30 -20 -10 0 10 20 30 : ! -30 -20 -Ю 0 10 20 30 ! Угол (0), [мряд] ij Угол (в), [„ряд)

Рис. 1. Влияние размеров образца на изменение загрузок Ызагр, совпадений Мсов„ и коэффициентов коррекции ае и Ксс

В четвертой главе описана программа «АСА11С(Ж», разработанная для коррекции спектров угловой корреляции аннигиляционного излучения и приведены экспериментальные результаты, полученные методом позитронной диагностики для

образцов стали с различной концентрацией азота, сплавов на основе свинца, а также ряда чистых металлов.

Рис. 2. Конструкция п°-у-е+ конвертора

Программа предварительной коррекции (восстановления симметричности) спектров УКАИ включает в себя коррекцию на распад источника позитронов мСи и поглощение аннигиляционных у-квантов в образце. Показано, что учёт экспериментально измеряемых изменений загрузок подвижного детектора А/(0) и величины ае(0), получаемой из результатов моделирования, позволяет улучшить симметричность спектров и точнее определить угол Ферми 0Р и параметры гауссовых компонент.

Измерены спектры угловой корреляции аннигиляционных у-квантов в образцах аустенитной стали Х20Г16Н10А с различной концентрацией азота на спектрометре с разрешением в 1 мрад. Экспериментальные спектры кроме параболической компоненты с 0р ~ 5,5^6,0 мрад, отвечающей за аннигиляцию позитронов с электронами проводимости, имеют две гауссовые компоненты ав1 ~ 5,1 мрад и аё2 ~ 7,2 мрад, отвечающие за аннигиляцию с электронами ионного остова. Для всех измеренных спектров проводилась предварительная коррекция на поглощение аннигиляционных у-квантов в образце, позволившая улучшить их симметричность и точнее определить угол Ферми 0Р и полуширины гауссовых компонент. Необходимо отметить, что результаты математической обработки, полученные для разных

образцов без фиксации подгоняемых параметров (fit 0,8+1,3) давали значительный разброс параметров относительно средних значений. Поэтому при окончательной обработке для всех образцов фиксировались значения угла отсечки 0р ~ 5,65 мрад (¿y ~ 8,2 эВ) и полуширина узкого гаусса FWHMg¡ ~ 12,0 мрад (es¡ ~ 10,0 эВ). Из приведённых данных следует, что интенсивность параболической компоненты 1Р= 10±1% и остаётся практически постоянной. Интенсивность узкой гауссовой компоненты Ig! изменяется в пределах 58+3 % и наблюдается некоторая тенденция к её увеличению с ~ 55 % до ~ 65 %. Одновременно наблюдается уменьшение интенсивности широкой гауссовой компоненты lg2 от ~ 35 % до ~ 25 % при увеличении концентрации азота от 0,064 % до 0,770 %. Полуширина широкого гаусса FWHMg2 изменяется в пределах 17±1 мрад (е,2 ~ 20 эВ).

Исследование Pb-Bi и Pb-Sn сплавов показало, что в них образуется единая зона проводимости, отличие измеренных значении энергии Ферми от расчетных по модели свободного электронного газа не превышает 5 % для поликристаллического состояния и 10 % для жидкого состояния. Наблюдаемое уменьшение значений энергии Ферми на ~ 0,5 эВ для РЬ и Bi при переходе от поликристаллического в жидкое состояние связано с уменьшением концентрации электронов проводимости.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Разработано специализированное устройство автоматизированного управления спектрометром угловых корреляций аннигиляционных у-квантов на базе ЭВМ и платы счётчиков-таймеров и ввода/вывода цифровой информации типа ЛА-ТМР и программа управления и накопления экспериментальных данных. Автоматизированная система обеспечивает:

- перемещение подвижного детектора на программно заданный угол, накопление и запоминание поступающей информации;

- визуальный контроль за ходом эксперимента на экране дисплея, сигнализация о неисправностях в работе установки, автоматическое устранение сбоев в работе спектрометра;

- предварительную обработку поступающей информации непосредственно в течение эксперимента и корректировку его хода.

Разработанная система достаточно проста в практической реализации и легко применима при решении задач автоматизации многих физических экспериментов. Её внедрение позволит заменить громоздкую систему модульной электроники стандарта КАМАК на современную компактную электронику с малым энергопотреблением, что повысит надёжность работы спектрометра и расширит возможности его модернизации.

2. Разработан комплекс программ в пакете МАТЬАВ, моделирующих методом Монте-Карло основные процессы, происходящие при аннигиляции позитронов в веществе для спектрометра угловых корреляций с длиннощелевой геометрией, что позволило учесть физические характеристики и реальные геометрические параметры исследуемых образцов и, следовательно, повысить точность и надёжность получаемых результатов. Комплекс позволил:

- смоделировать распределение позитронов от ^-источников 22№1 и 64Си по глубине и рассчитать линейные коэффициенты поглощения позитронов для различных материалов;

- определить значения коэффициентов обратного рассеяния позитронов /?-спектра источников 22 Ыа и б4Си для А1, Бе, Мо, Ag, Та и РЬ; из полученных зависимостей значений коэффициентов обратного рассеяния позитронов ^-спектра от атомного номера Ъ металлов определено, что эта зависимость достаточно хорошо

аппроксимируется аналитической зависимостью (¡рас(Ё) — ;

- вычислить на основе результатов моделирования методом Монте-Карло функцию коррекции экспериментальных спектров с учётом распределения позитронов по глубине образца и поглощения аннигиляционных у-квантов в исследуемом образце. Результаты моделирования показывают, что для эффективной коррекции необходимо максимально точно задавать геометрические параметры образца: его размеры, форму, шероховатость поверхности и т.д. Использование расчетных коэффициентов коррекции позволило существенно улучшить симметричность экспериментально измеренных спектров и повысить точность результатов измерения, в частности, значения энергии Ферми электронов в металлах и сплавах.

3. Предложена на основе моделирования методом Монте-Карло оригинальная конструкция конвертора п° - у - е+ для

высокоинтенсивного источника моноэнергетических позитронов (~1010 е+/с) на базе реактора НИЯУ МИФИ. На его основе может быть создан центр диагностики микро- и нано-объектов, оснащённый высокоинтенсивными пучками позитронов с изменяемой энергией и современными методиками позитронной спектроскопии.

4. Изучены зависимости параметров спектров угловых корреляций аннигиляционных у-квантов в образцах аустенитной стали Х20Г16Н10А с концентрацией азота от 0,064 % до 0,77 %, в сплавах свинец-висмут и свинец-олово в поликристаллическом и жидком состоянии, а также в ряде чистых металлов. Экспериментальные спектры кроме параболической компоненты с 0Р ~ 5+7 мрад, отвечающей за аннигиляцию позитронов с электронами проводимости, имеют дополнительно одну или две гауссовые компоненты с оЕ ~ 7+15 мрад, отвечающие за аннигиляцию с электронами ионного остова. Для всех измеренных спектров проводилась предварительная коррекция на распад источника и поглощение аннигиляционных у-квантов в образце, позволившая улучшить их симметричность и точнее определить угол Ферми ©Р и полуширину гауссовой компоненты. Полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод о частичной применимости теории свободного электронного газа для данных металлов и сплавов. Показано, что:

- спектры угловых корреляций образцов азотистой стали Х20Г16Н10А содержат параболическую компоненту с ©р ~ 5,65 мрад интенсивностью 1р= 10 ±1%, отвечающей за аннигиляцию позитронов с электронами проводимости с энергией Ферми 8,2 эВ и две гауссовые компоненты о;,, -5,1 мрад

~ 60 %) и с%2 ~ 7,2 мрад (1я2 ~ 30 %), соответствующие энергиям £¡,1 ~ 10,0 эВ и 8^2 ~ 20 эВ, отвечающие за аннигиляцию с валентными электронами атомов, расположенными на границе зёрен и электронами ионного остова зерна, соответственно;

- увеличение концентрации азота в стали от 0,064 % до 0,77 % уменьшает вероятность аннигиляции позитронов с электронами ионного остова зерна и увеличивает вероятность аннигиляции позитронов с валентными электронами атомов, расположенных на границах зёрен или вблизи структурных дефектов; что указывает на то, что возникающие азотосодержащие комплексы влияют на

распределение легирующих элементов внутри зерна и изменяют дефектную структуру при увеличении концентрации азота;

- висмут и свинец в поликристаллическом состоянии имеют энергию Ферми 9,7 эВ и 9,4 эВ, а в жидком состоянии 9,3 эВ и 8,7 эВ, соответственно; уменьшение энергии Ферми на ~ 0,5 эВ связано с уменьшением концентрации электронов проводимости в жидком состоянии; в сплавах РЬ-Вг и РЬ-Бп образуется единая зона проводимости и отличие измеренных значении энергии Ферми от расчетных по модели свободного электронного газа не превышает 5 % для поликристаллического и 10 % для жидкого состояний;

- использование коррекции позволило получить уточнённые значения величины энергии Ферми электронов для металлов с высоким Z и больших размеров, которые составили для олова -10,08± 0,29 эВ, для свинца - 9,39±0,29эВ, для висмута -9,66± 0,29 эВ.

Результаты исследований могут найти применения в различных областях науки и техники - при разработке и усовершенствовании технологии изготовления конструкционных материалов, создании перспективных теплоносителей для ядерно-энергетических установок на быстрых нейтронах, в медицине, при разработке защитных покрытий и т.д.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Беляев В.Н., Графутин В.И., Мьо Зо Хтут, Фунтиков Ю.В., Штоцкий Ю.В., Ян Лин Аунг, и др. // Позитронная диагностика сплавов РЬ-В1 и РЬ-Бп, // Журнал «Вопросы атомной науки и техники», 2008, №1, стр. 35-49.

2. Беляев В.Н., Дубов Л.Ю., Мьо Зо Хтут, Штоцкий Ю.В.

// Конвертор п° — у— е+ для высокоинтенсивного источника медленных позитронов», // Журнал «Инженерная физика»,

2008, №1, стр. 9-15.

3. Беляев В.Н., Дубов Л.Ю., Мьо Зо Хтут, Штоцкий Ю.В. // Автоматизированная система управления спектрометром угловых корреляций «КВАНТ-ТМР», // Журнал «Ядерные измерительно-информационные технологии», 2009, №1, стр. 39-43.

4. Мьо Зо Хтут, Штоцкий Ю.В., Ян Лин Аунг. // Восстановление симметричности спектров угловой корреляции аннигиляционного излучения в поликристаллических РЬ-В1 сплавах, // Тезисы конференции МИФИ, 2007, Т. 5, стр. 50-52.

5. Графутин В.И., Мьо Зо Хтут, Прокопьев Е.П., Фунтиков Ю.В., Хмелевский Н., Штоцкий Ю.В. // Исследование позитронной аннигиляции в порошках кварца, // Тезисы конференции МИФИ, 2008,Т. 3, стр. 29.

6. Беляев В.Н., Графутин В.И., Дубов Л.Ю., Мьо Зо Хтут, Фунтиков Ю.В., Штоцкий Ю.В. // Спектрометр угловых корреляций «КВАНТ-ТМР», // Тезисы конференции МИФИ,

2009, Т. 1, стр. 136.

7. Аунг Лин, Дубов Л.Ю., Мьо Зо Хтут, Штоцкий Ю.В. // Коррекция спектров УКАИ с помощью метода Монте-Карло, // Тезисы конференции НИЯУ МИФИ, 2010, Т. 1, стр. 109.

Подписано к печати 10.09.2010. Заказ № 272. Тираж 80. Типография НИЯУ МИФИ. 115409, г. Москва, Каширское шоссе, д. 31.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИХ ДИАГНОСТИКИ.

1.1. Конструкционные материалы, металлы и сплавы.

1.2: Современные методы диагностики материалов.

1.3. Основы метода аннигиляции позитронов.

1.3.1. Физика позитронов и позитрония.

1.3.2. Традиционные экспериментальные методики аннигиляции позитронов.

1.3.3. Сравнение метода аннигиляции позитронов с другими методами.

1.4. Современные методики позитронной диагностики.

1.5. Позитронные фабрики.

1.5.1. Принципы получения и основные проекты по созданию высокоинтенсивных пучков позитронов.

1.5.2. Современные методики позитронной диагностики на основе высокоинтенсивных пучков позитронов.

Выводы к главе

ГЛАВА 2. СПЕКТРОМЕТР УГЛОВЫХ КОРРЕЛЯЦИЙ

АННИГИЛЯЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ «КВАНТ-ТМР».

2.1. Конструкция и основные технические данные спектрометра «КВАНТ-ТМР».

2.2. Регистрирующий электронный тракт.

2.3. Автоматизированная система на основе платы «ЛА-ТМР»

2.4. Программа управления спектрометром.

2.5. Методика проведения экспериментов на спектрометре

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ СПЕКТРОВ УГЛОВЫХ КОРРЕЛЯЦИЙ

АННИГИЛЯЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

3.1. Взаимодействие позитронов с веществом.

3.2. Программа моделирования методом Монте-Карло процессов взаимодействия позитронов с веществом.

3.3. Пробег моноэнергетических позитронов в металлах.

3.4. Профили распределения позитронов ^-спектра в металлах

ЧЛ у- ш

3.4.1 Спектры источников позитронов Иаи Си.

3.4.2. Поглощение позитронов /?-спектра в металлах.

3.4.3. Распределение по глубине «остановившихся» позитронов от источников 22Иа и 64Си в А1 и РЬ.

3.4.4. Обратное рассеяние /?-частиц.

3.5. Оптимизация геометрии системы «образец-источник 64Си»

3.6. Коррекция спектров УКАИ.

3.6.1. Программа моделирования « АС AREXP».

3.6.2. Результаты моделирования программой «ACAREXP»

3.7. Моделирование позитронного конвертора.

3.7.1. Функциональная схема позитронного конвертора.

3.7.2. Конструкция конвертора для вертикального канала реактора.

Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ МЕТОДОМ

АННИГИЛЯЦИИ ПОЗИТРОНОВ.

4.1. Математическая обработка спектров угловой корреляции аннигиляционного излучения.

4.1.1. Программа коррекции спектров угловой корреляции аннигиляционного излучения «АСARCOR».

4.1.2. Программа обработки спектров УКАИ «ACARFIT»

4.2. Аннигиляция позитронов в металлах и сплавах.

4.2.1. Особенности аннигиляции позитронов в металлах.

4.2.2. Определение энергии Ферми электронов в металлах

4.2.3. Аннигиляция позитронов в Pb-Bi и Pb-Sn сплавах.

4.2.4. Аннигиляция позитронов в азотистых сталях.

Выводы к главе 4.

Современный научно-технический прогресс невозможен без создания новых материалов с заранее заданными свойствами. В настоящее время особенно актуальны проблемы, связанные с развитием атомной энергетики. В России реализуются программы строительства реакторов нового поколения с повышенной безопасностью и надёжностью в эксплуатации типа БН-1200, БРЕСТ-ОД 300, СВБР-100. разбитые в несколько этапах (до 2020 г., 2020-2030 гг. и на перспективу до 2050 г.) [1,3,91-93].

Надежность и безопасность работы ядерно-энергетических установок зависит от используемых конструкционных материалов, работающих в интенсивных полях ионизирующего излучения. В качестве конструкционных материалов используются различные металлы и сплавы, в том числе стали с различными добавками. Повышение коэффициента полезного действия ядерных энергетических установок связано с использованием тяжелых жидкометаллических теплоносителей (натрий, калий, литий, свинец, висмут и др.) [2].

Известно, что физико-химические свойства металлов и сплавов определяются их электронной плотностью фазового состояния и характеристиками образующихся структурных дефектов. При облучении происходит перераспределение атомов и различных дефектов, а также изменяется их электронная структура. Это перераспределение и, следовательно, физико-химические свойства зависят от начального состояния образца (от режима термообработки и его легирования и др.).

Для изучения структуры твердого тела и характеристик радиационных дефектов существуют давно зарекомендовавшие себя методы, такие, как рентгеноструктурный анализ, метод ядерного у-резонанса, нейтронография, сканирующая туннельная микроскопия, растровая электронная микроскопия, и многие другие. Наряду с этими методами получил достаточно широкое распространение метод аннигиляции позитронов.

Неразрушающая и бесконтактная методика, возможность проведения измерений при различных температурах исследуемых образцов в сочетании с высокой чувствительностью к локальным изменениям электронной плотности позволили позитронной диагностике занять достойное место среди других традиционных методов исследования строения вещества. В металлах и сплавах метод аннигиляции позитронов позволяет определять распределение электронов по импульсам и энергию уровня Ферми £р, которые во многом определяют их механические, электрические и магнитные свойства [4-6].

Практическое использование метода аннигиляции позитронов связано с разработкой и усовершенствованием экспериментальных установок, совершенствованием методики проведения экспериментов и обработки получаемых экспериментальных данных, разработкой моделей и их проверкой при интерпретации результатов. Традиционные экспериментальные методики позитронной спектроскопии не позволяют в полной мере решать вопросы диагностики микро- и нано- объектов. Для проведения таких исследований необходимо наличие высокоинтенсивных пучков моноэнергетических позитронов и усовершенствование самих методик и установок для позитронной спектроскопии.

В данной работе приведены экспериментальные результаты, полученные методом позитронной диагностики для ряда чистых металлов, сплавов на основе свинца, а также образцов легированной стали Х20Г16Н10А с различной концентрацией азота. Кроме этого, приведены результаты моделирования методом Монте-Карло процессов взаимодействия позитронов с веществом, а также конструкция высокоинтенсивного источника моноэнергетических позитронов на базе реактора НИЯУ МИФИ.

Целью данной работы является:

1. Создание системы управления спектрометром угловых корреляций аннигиляционных у-квантов, обеспечивающей долговременное проведение экспериментов, а также сбор и накопление информации.

2. Разработка методики проведения экспериментов на спектрометре угловых корреляций и программ коррекции спектров с использованием результатов моделирования методом Монте-Карло процессов, происходящих при аннигиляции позитронов в исследуемых материалах.

3. Разработка конструкции высокоинтенсивного источника моноэнергетических позитронов на базе реактора НИЯУ МИФИ.

4. Получение новых экспериментальных результатов, расширяющих область применения позитронной диагностики вещества.

Основные результаты работы:

1. Разработано специализированное устройство автоматизированного управления спектрометром угловых корреляций аннигиляционных у-квантов, обеспечивающее долговременное проведение экспериментов: сбор и накопление информации. Использование ЭВМ позволяет проводить обработку поступающей информации непосредственно в течение эксперимента и корректировать его ход.

2. Разработан комплекс программ для моделирования методом Монте-Карло основных процессов, происходящих при аннигиляции позитронов в различных материалах, что позволило повысить точность коррекции измеряемых спектров угловых корреляций и надёжность получаемых результатов.

3. Предложена оригинальная конструкция конвертора и0 - у — е+ и с помощью метода Монте-Карло рассчитаны характеристики высокоинтенсивного источника моноэнергетических позитронов (~ Ю10е+/с), который может быть использован при создании современного центра позитронной спектроскопии на базе реактора НИЯУ МИФИ.

4. Определены основные параметры спектров угловых корреляций аннигиляционных у-квантов в образцах высоколегированной аустенитной стали Х20Г16Н10А с концентрацией азота от 0,064 % до 0,77 %. Обнаружена параболическая компонента с углом Ферми 0Р ~ 5,65 мрад интенсивностью 1р ~ 10%, отвечающей за аннигиляцию позитронов с электронами проводимости с энергией Ферми 8,2 эВ и две гауссовые компоненты сте1 ~ 5,1 мрад (1ё1~60%) и аё2 ~ 7,2 мрад (1ё2 -30%), отвечающие за аннигиляцию с валентными электронами атомов, расположенными на границе зёрен и электронами ионного остова зерна. Увеличение концентрации азота уменьшает вероятность аннигиляции позитронов с электронами ионного остова зерна и увеличивает вероятность аннигиляции позитронов с валентными электронами атомов, расположенных на границах зёрен или вблизи структурных дефектов. С помощью метода угловых корреляций измерены энергии Ферми в сплавах свинец-висмут и свинец-олово в поликристаллическом и жидком состоянии, а также в ряде чистых металлов. На основании полученных данных показана применимость теории свободного электронного газа для данных металлов и сплавов.

Научная новизна работы:

На основе моделирования методом Монте-Карло спроектирован оригинальный конвертор и0— у —е+ для высокоинтенсивного источника моноэнергетических позитронов (~Ю10е+/с) на базе реактора НИЯУ МИФИ, необходимого при исследовании гетероструктур.

Впервые определены параметры спектров угловых корреляций аннигиляционных у-квантов в образцах высоколегированной аустенитной стали Х20Г16Н10А с концентрацией азота от 0,064% до 0,77% и уточнены значения энергии Ферми в ряде чистых металлов и сплавов на основе свинца.

Впервые обнаружено, что увеличение концентрации азота уменьшает вероятность аннигиляции позитронов с электронами ионного остова зерна и увеличивает вероятность аннигиляции позитронов с валентными электронами атомов, расположенных на границах зёрен или вблизи структурных дефектов; что указывает на влияние возникающих азотосодержащих комплексов на распределение легирующих элементов внутри зерна и незначительно изменяют дефектную структуру при увеличении концентрации азота.

Научная и практическая значимость:

Разработано специализированное устройство автоматизированного управления спектрометром угловых корреляций аннигиляционных у-квантов на основе ЭВМ и платы счётчиков-таймеров и ввода/вывода цифровой информации типа ЛА-ТМР, обеспечивающее долговременный сбор и накопление информации. Система позволяет проводить обработку поступающей информации непосредственно во время эксперимента и корректировать его ход. Данное устройство является универсальным и применимо при решении широкого круга задач автоматизации физических экспериментов.

Разработанные программы математического моделирования методом Монте-Карло основных процессов, происходящих при аннигиляции позитронов в образцах с учётом физических характеристик и реальных геометрических размеров, позволяют проводить коррекцию искажений, возникающих при измерении спектров угловых корреляций, и, следовательно, уточнить значения измеряемых параметров спектров угловой корреляции, в частности, значение энергии Ферми металлов и сплавов.

Предложена на основе моделирования методом Монте-Карло \ оригинальная конструкция конвертора п° — у — е+ для высокоинтенсивного источника моноэнергетических позитронов (~101ое+/с) с изменяемой энергией на базе реактора НИЯУ МИФИ для исследования микро- и нано-объектов.

Полученные результаты экспериментальных исследований высоколегированной аустенитной стали Х20Г16Н10А с различной концентрацией азота, а также сплавов на основе свинца могут найти применения в различных областях науки и техники: при разработке и усовершенствовании технологии изготовления конструкционных материалов, работающих в интенсивных полях ионизирующего излучения, а также при создании перспективных теплоносителей для ядерно-энергетических установок на быстрых нейтронах.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Специализированное устройство автоматизированного управления спектрометром угловых корреляций аннигиляционных у-квантов, обеспечивающее долговременный сбор и накопление информации.

2. Результаты моделирования методом Монте-Карло основных процессов, происходящих при аннигиляции позитронов в веществе с учётом физических характеристик и реальных геометрических параметров исследуемых образцов.

3. Конструкция оригинального конвертора«0 — у — е+ для высокоинтенсивного источника моноэнергетических позитронов (~ Ю10 е+/с) с изменяемой энергией на базе реактора НИЯУ МИФИ.

4. Результаты экспериментального изучения методом аннигиляции позитронов электронной структуры ряда чистых металлов, сплавов на основе свинца, а также образцов высоколегированной стали Х20Г16Н10А с различной концентрацией азота.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах и ежегодных конференциях НИЯУ МИФИ (2007-2010 гг.) и школе - семинаре ИТЭФ (2007 г).

Публикации.

Материал диссертации основан на работах, опубликованных в период (2007-2010 гг.) в российских журналах, включенных ВАК РФ, и в сборниках научных конференций НИЯУ МИФИ. Количество работ по теме диссертации, опубликованных за этот период и использованных в диссертации - 7, список работ приведен в конце автореферата.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, пяти приложений и списка литературы. В конце каждой главы содержатся выводы, а основные выводы диссертации приведены в заключении. Материал изложен на 154 страницах, включая 14 таблиц и 65 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 103 наименований. Полный объем диссертации 197 страниц.

Выводы к главе 4

1. Предложенный алгоритм и разработанная на его основе программа «АСАЯСОК» предварительной коррекции искажений спектров угловой корреляции аннигиляционного излучения, возникающих из-за поглощения аннигиляционных у-квантов в образце, распада короткоживущего источника позитронов 64Си и изменения фоновых условий во время проведения эксперимента позволила улучшить симметричность спектров и точнее определить угол Ферми 0Р и параметры гауссовых компонент.

2. Впервые определены параметры спектров угловых корреляций аннигиляционных у-квантов в образцах высоколегированной аустенитной стали Х20Г16Н10А с концентрацией азота от 0,064% до 0,77% и уточнены значения энергии Ферми в ряде чистых металлов и сплавов на основе свинца. Экспериментальные спектры кроме параболической компоненты с 0Р ~ 5+7 мрад, отвечающей за аннигиляцию позитронов с электронами проводимости, имеют дополнительно одну или две гауссовые компоненты с 7+15 мрад, отвечающие за аннигиляцию с электронами ионного остова.

3. Полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод о частичной применимости теории свободного электронного газа для данных металлов и сплавов. Показано, что:

- спектры угловых корреляций образцов азотистой стали Х20Г16Н10А содержат параболическую компоненту с <9/>~ 5,65 мрад интенсивностью 1Р = 10 ± 1 %, отвечающей за аннигиляцию позитронов с электронами проводимости с энергией Ферми 8,2 эВ и две гауссовые компоненты аё1 ~ 5 мрад (1г! ~ 60 %) и с^2 ~ 7 мрад (1ё2 ~ 30 %), соответствующие энергиям %у~10,0эВ и %г~20эВ, отвечающие за аннигиляцию с валентными электронами атомов, расположенными на границе зёрен и электронами ионного остова зерна, соответственно;

- Впервые обнаружено, что увеличение концентрации азота уменьшает вероятность аннигиляции позитронов с электронами ионного остова зерна и увеличивает вероятность аннигиляции позитронов с валентными электронами атомов, расположенных на границах зёрен или вблизи структурных дефектов; что указывает на влияние возникающих азотосодержащих комплексов на распределение легирующих элементов внутри зерна и незначительно изменяют дефектную структуру при увеличении концентрации азота;

- висмут и свинец в поликристаллическом состоянии имеют энергию Ферми 9,7 эВ и 9,4 эВ, а в жидком состоянии 9,3 эВ и 8,7 эВ, соответственно; уменьшение энергии Ферми на ~ 0,5 эВ связано с уменьшением концентрации электронов проводимости в жидком состоянии; в сплавах РЬ-ЕН и РЬ-8п образуется единая зона проводимости и отличие измеренных значении энергии Ферми от расчетных по модели свободного электронного газа не превышает 5 % для поликристаллического и 10 % для жидкого состояний;

- использование коррекции позволило получить уточнённые значения величины энергии Ферми электронов для металлов с высоким Z и больших размеров, которые составили для олова - 10,08 ± 0,29 эВ, для свинца - 9,39 ± 0,29 эВ, для висмута - 9,66 ± 0,29 эВ.

Результаты исследований могут найти применения в различных областях науки и техники - при разработке и усовершенствовании технологии изготовления конструкционных материалов, создании перспективных теплоносителей и также изготовления твэлов, трубы и других деталей для ядерно-энергетических установок на быстрых нейтронах, в медицине, при разработке защитных покрытий и т.д.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения диссертационной работы были проведено моделирование методом Монте-Карло процессов взаимодействия ионизирующего излучения с веществом и процессов, происходящих при измерении спектров угловых корреляций аннигиляционного излучения, а также выполнены экспериментальные исследования, направленные на развитие метода позитронной диагностики и позволившие решить ряд задач методического и исследовательского характера.

В работе получены следующие основные результаты:

1. Разработано специализированное устройство автоматизированного управления спектрометром угловых корреляций аннигиляционных у-квантов на базе ЭВМ и платы счётчиков-таймеров и ввода/вывода цифровой информации типа ЛА-ТМР и программа управления и накопления экспериментальных данных. Автоматизированная система обеспечивает:

- перемещение подвижного детектора на программно заданный угол, накопление и запоминание поступающей информации;

- визуальный контроль за ходом эксперимента на экране дисплея, сигнализация о неисправностях в работе установки, автоматическое устранение сбоев в работе спектрометра;

- предварительную обработку поступающей информации непосредственно в течение эксперимента и корректировку его хода.

2. Разработан комплекс программ в пакете МАТЪАВ, моделирующих методом Монте-Карло основные процессы, происходящие при аннигиляции позитронов в веществе для спектрометра угловых корреляций с длиннощелевой геометрией, что позволило учесть физические характеристики и реальные геометрические параметры исследуемых образцов и, следовательно, повысить точность и надёжность получаемых результатов. Комплекс позволил: лл

- смоделировать распределение позитронов от /^-источников Ыа и 64Си по глубине и рассчитать линейные коэффициенты поглощения позитронов для различных материалов;

- определить значения коэффициентов обратного рассеяния позитронов /?-спектра источников 22Ыа и 64Си для А1, Бе, Мо, Ag, Та и РЬ; из полученных зависимостей значений коэффициентов обратного рассеяния позитронов /?-спектра от атомного номера Z металлов определено, что эта зависимость достаточно хорошо аппроксимируется аналитической зависимостью Црас{2) = С- ;

- вычислить на основе результатов моделирования методом Монте-Карло функцию коррекции экспериментальных спектров с учётом распределения позитронов по глубине образца и поглощения аннигиляционных у-квантов в исследуемом образце. Результаты моделирования показывают, что для эффективной коррекции необходимо максимально точно задавать геометрические параметры образца: его размеры, форму, шероховатость поверхности и т.д. Использование расчетных коэффициентов коррекции позволило существенно улучшить симметричность экспериментально измеренных спектров и повысить точность результатов измерения, в частности, значения энергии Ферми электронов в металлах и сплавах.

3. Предложена на основе моделирования методом Монте-Карло оригинальная конструкция конвертора п° — у — е+ для высокоинтенсивного источника моноэнергетических позитронов (~10ше+/с) на базе реактора НИЯУ МИФИ. На его основе может быть создан центр диагностики микро-и нано-объектов, оснащённый высокоинтенсивными пучками позитронов с изменяемой энергией и современными методиками позитронной спектроскопии.

4. Изучены зависимости параметров спектров угловых корреляций аннигиляционных у-квантов в образцах аустенитной стали Х20Г16Н10А с концентрацией азота от 0,064 % до %, в сплавах свинец-висмут и свинец-олово в поликристаллическом и жидком состоянии, а также в ряде чистых металлов. Экспериментальные спектры кроме параболической компоненты с 0р ~ 5+7 мрад, отвечающей за аннигиляцию позитронов с электронами проводимости, имеют дополнительно одну или две гауссовые компоненты с ае~ 7-*-15 мрад, отвечающие за аннигиляцию с электронами ионного остова. Для всех измеренных спектров проводилась предварительная коррекция на распад источника и поглощение аннигиляционных у-квантов в образце, позволившая улучшить их симметричность и точнее определить угол Ферми 0Р и полуширину гауссовой компоненты. Полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод о частичной применимости теории свободного электронного газа для данных металлов и сплавов. Показано, что:

- спектры угловых корреляций образцов азотистой стали Х20Г16Н10А содержат параболическую компоненту с (9р — 5,65 мрад интенсивностью 1Р = 10 ± 1 %, отвечающей за аннигиляцию позитронов с электронами проводимости с энергией Ферми 8,2 эВ и две гауссовые компоненты -5,1 мрад (/^ -60%) и аё2 - 7,2 мрад {1&2 -30%), соответствующие энергиям — 10,0 эВ и е^ — 20 эВ, отвечающие за аннигиляцию с валентными электронами атомов, расположенными на границе зёрен и электронами ионного остова зерна, соответственно;

- увеличение концентрации азота в стали от 0,064 % до 0,77 % уменьшает вероятность аннигиляции позитронов с электронами ионного остова зерна и увеличивает вероятность аннигиляции позитронов с валентными электронами атомов, расположенных на границах зёрен или вблизи структурных дефектов; что указывает на то, что возникающие азотосодержащие комплексы влияют на распределение легирующих элементов внутри зерна и изменяют дефектную структуру при увеличении концентрации азота;

- висмут и свинец в поликристаллическом состоянии имеют энергию Ферми 9,7 эВ и 9,4 эВ, а в жидком состоянии 9,3 эВ и 8,7 эВ, соответственно; уменьшение энергии Ферми на ~ 0,5 эВ связано с уменьшением концентрации электронов проводимости в жидком состоянии; в сплавах РЪ-В1 и РЬ-Бп образуется единая зона проводимости и отличие измеренных значении энергии Ферми от расчетных по модели свободного электронного газа не превышает 5 % для поликристаллического и 10 % для жидкого состояний;

- использование коррекции позволило получить уточнённые значения величины энергии Ферми электронов для металлов с высоким Z и больших размеров, которые составили для олова - 10,08± 0,29 эВ, для свинца - 9,3 9± 0,29 эВ, для висмута - 9,66± 0,29 эВ.

Результаты исследований могут найти применения в различных областях науки и техники — при разработке и усовершенствовании технологии изготовления конструкционных материалов, создании перспективных теплоносителей для ядерно-энергетических установок на быстрых нейтронах, в медицине, при разработке защитных покрытий и т.д.

Научная ценность и практическое значение результатов, полученных в данной работе, подтверждает эффективность использования метода позитронной диагностики вещества и расширяет область ее использования. Положения и выводы диссертации позволили лучше понять характер взаимодействия позитронов с веществом, а также требования, предъявляемые к исследуемым образцам, экспериментальным установкам и методике проведения позитронной диагностики.

В заключении выражаю свою благодарность и признательность моему научному руководителю доценту кафедры, к.ф.-м.н. Ю.В. Штоцкому, профессору, д.ф.-м.н. В.Н. Беляеву и старшему преподавателю кафедры Л.Ю. Дубову за постоянное внимание и помощь в работе. Я также очень признателен всем сотрудникам НИЯУ МИФИ и ИТЭФ за тот вклад, который они внесли в выполнение этой работы.

1. Андрианов А.Н., Рачков В.И. // Инновационное развитие атомной энергетики, ГК «Росатом», 2009, http://www.rosatom.ru

2. Баландин. Ю.Ф., Марков В.Г. / Конструкционные материалы для установок с жидкометаллическими теплоносителями. 1961, 208 с.

3. Орлов Ю.И., Мартынов П.Н., Ефанов А.Д., и др. // Обоснование технологии свинцового теплоносителя для реакторов БРЕСТ, // 1 Ith International Conference on Nuclear Engineering, 2003.

4. Графутин В.И., Прокопьев Е.П.,Мясищева Г.Г., Фунтиков Ю.В. // Особенности механизма аннигиляции позитронов в металлах, // Физика твёрдого тела, т.41, №6, 1999. с. 929-934.

5. Графутин В.И., Прокопьев Е.П. // Применение позитронной аннигиляционной спектроскопии для изучения строения вещества,

6. Успехи физических наук, т. 172, №1, 2002. с. 67-83.

7. Беляев В.Н., Графутин В.И., Мьо Зо Хтут, Фунтиков Ю.В., Хмелевский Н.О., Штоцкий Ю.В., Ян Лин Аунг. // Позитронная диагностика сплавов Pb-Bi и Pb-Sn, // Журнал «Вопросы атомной науки и техники», 2008,.№1, стр. 35-49.

8. Бескоровайный Н.М., Калин Б.А., Платонов П. А., Чернов И.И. / Конструкционные материалы ядерных реакторов: М., 1995, 704 с.

9. Васильевич Ю.С., Паршин A.M., криворук М. И., Кириллов A.M. / Материаловедение. Технология конструкционных материалов. Радиационное материаловедение: М., 2003, 331 с.

10. Елманов Г.Н., Залужный А.Г., Скрытный В.И., и др. / Физическое моделирование том. 1. Физика твердого тела. М.: МИФИ, 2007, 636 с.

11. Алымов М.И., Елманов Г.Н., Калин Б.А., Калашников А.Н., и др. / Физическое моделирование том. 3. Методы исследования структурно-фазового состояния материалов, М.:МИФИ, 2008, 808 с.

12. Bethge Н., Heydenreich J. // (eds.): Electron microscopy in solid state physics, 1987.

13. Chen C.J. // Introduction to scanning tunneling microscopy. Oxford University Press, New York, 1993.

14. Gehlhoff W., Hohne M., Schmidt J. // In Hyperfine interaction of defects in semiconductors, 1992, 217 c.

15. Kluin J.E., Hehenkamp T. // Phys. Rev. В 44, 11597, 1991.

16. Krause-Rehberg R., Leipner H. S. // Positron annihilation in semiconductor, 1999, 378 c.

17. Stoll H., Koch M., Major J. // Nucl. Instrum. Meth. В 56-57, 582, 1991

18. Lynn K.G, et al. // Phys. Rev. Letter. 38,241, 1977

19. Asoka-Kumar P., et al. // Phys. Rev. Letter. 77, 2097, 1996

20. Van House J., Rich A. // Phys. Rev. Letter. 61, 488, 1988

21. Schultz P.J., Lynn K.G. // Rev. Mod. Phys. 60, 1988

22. David A., Kogel G., Sperr P., Triftshauser W. // Mater Sei Forum. 255-257, 741, 1997

23. Weiss A., David M., Koymen A.R., Lee K.H., Chun Lei. // Vac. Sei. Technol A8, 2517-2520,1990

24. Weiss A., Jibaly M., David M., Mayer R., Lee K.H., Chun Lei.

25. In positron annihilation, World Scifentific, Singapore, p. 357, 1989

26. Weiss A., Dupasquier A., Mills A.P. // (e.d.s). IOS Press: In positron spectroscopy of solid, p.259, 1995

27. D.P. Wells, A.W. Hunt, et al. // Nucl. Instr. and Meth. A 562 (2009) 688.

28. F.A. Selim, D.P. Wells, et al. // Nucl. Instr. and Meth. B 192 (2002) 197.

29. F.A. Selim, D.P. Wells, et al. // Nucl. Instr. and Meth. A 495 (2002) 154.

30. F.A. Selim, et al. // J. Rad. Phys. Chem. 68 (2004) 427.

31. F.A. Selim, D.P. Wells, et al. // Nucl. Instr. and Meth. B 241 (2005) 253.

32. A.W. Hunt, D.P. Wells, et al. // Nucl. Instr. and Meth. B 241 (2005) 262.

33. Jensen, et al. // J. Phys. F: Met. Phys. 18 (1998) 1069.

34. Weiss A., Rosenberg I.J., Canter K.F., Duke C.B., Paton A. // Phys. Rev. Letter. B 27, 867, 1983.

35. A. van Veen, H. Shutt, P.E. Mijnarends et.al. // American Inst, of Phys. Conf. Proc. 303 (1994) 354.

36. R. Susuki, T. Ohdaira, T. Mikado et.al. // Mater. Sci. Forum 255-257 (1997) 114.

37. A. van Veen, H. Shutt, J.de Roode et.al. // Mater. Sci. Forum 363-365 (2001)415.

38. B. Krusche, K. Schreckenbach. // Nucl. Instr. and Meth. Phys. Res. A 295 (1990)155.

39. C. Hugenschmidt, G. Kogel, R. Reepper et.al. // Nucl. Instr. and Meth. Phys. Res. B 221 (2004) 160.

40. C. Hugenschmidt, G. Kógel, R. Reepper et.al. // Nucl. Instr. and Meth. Phys. Res. B 198 (2002) 220.

41. A. Zeman. // Inst, for Energy, Petten, The Netherlands, http://www.jrc.cec.eu.int

42. A. van Veen, H. Eleveld, H. Shutt, et.al. // Mater. Sci. Forum 175-178 (1995) 229.

43. W. Bauer-Kugelmann, P. Sperr, G. Kögel, W. Triftshäuser. // Mater. Sei. Forum 363-365 (2001)529.

44. A. David, G. Kögel, P. Sperr, W. Triftshäuser. // Phys. Rev. Lett. 87 (2001) 067402.

45. I.N. Meshkov. // Nucí. Instr. and Meth. Phys. Res. В 221 (2004) 168.

46. J. Blachot. // Nuclear Data Sheets 97, 593 (2002)

47. W.B. Waeber, M.Shi, D.Gerola. // High efficiency positron moderation. Material Science Forum Vols. 175-178(1995) pp.115-124

48. Штоцкий Ю.В., Беляев B.H., Сидорин И.В., Соболев Б.В., Сухарев П.Н., Шилкин H.H. // Автоматизированный спектрометр угловых корреляций аннигиляционного излучения "Квант-СТ", // Деп. Рукопись ВИНИТИ, N 345-В88, 1988, 73 с.

49. Беляев В. Н., Дубов Л. Ю., Мьо Зо Хтут, Штоцкий Ю. В. // Автоматизированная система управления спектрометром угловых корреляций «Квант-ТМР», // Журнал «Ядерные измерительно-информационные технологии», №1, стр. 39-43.2009.

50. Беляев В.Н., Графутин В.И., Дубов Л.Ю., Мьо Зо Хтут, Фунтиков Ю.В., Штоцкий Ю.В., // Спектрометр угловых корреляций «Квант-ТМР», // Тезисы конференции МИФИ, 2009, Т. 1, стр. 136.

51. Дубов Л.Ю., Копейкин Е.Г., Павлов С.П., Соболев Б.В., Сухарев П.Н., Штоцкий Ю.В., // Измерительно-вычислительный комплекс "ИВК-Квант" для исследований электронной структуры вещества методом аннигиляции позитронов, // Препринт МИФИ № 008-94, М., 1994.

52. Беляев В.Н., Михеев А.Н., Сухарев П.Н., Штоцкий Ю.В. // Приборная функция спектрометра угловых корреляций аннигиляционных фотонов, // Препринт МИФИ № 056-89, М., 1989.

53. Техническое описание и инструкция по эксплуатации платы ЛА-ТМР, разработчик и изготовитель АОЗТ «Руднев-Шиляев».

54. Соболев Б.В., Штоцкий Ю.В., Дубов В.Ю. / Автоматизированный спектрометр угловых корреляций аннигиляционного излучения "Квант ИТЭФ", / Отчет по теме № 93-3-007-1440, 1993.

55. А.Б. Сазонов, Э. П. Магомедбеков, А. В. Очкин, Лабораторный практикум по ядерной физике: учеб. пособие. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева. 2005, 176 с.

56. А.Н. Михеев. // Разработка метода угловой корреляции аннигиляионных фотонов с высоким угловым разрешением: диссертация на соискание ученой степени к. ф-м. н., М, 1988, 144 с.

57. В.В. Смирнов, / Моделирование процесса переноса электронов в задачах радиационной физики, учеб. пособие, М.: МИФИ, 2008, 80 с.

58. В. Е. Левин, Л. П. Хамьнов., / Регистрация ионизирующих излучений: учеб. пособие. -М.: 1973, 256 с.

59. В. Н. Беляев. // Методы сцинтилляционной спектроскопии в позитронной диагностике вещества: диссертация на соискание ученой степени: д. ф-м.н., М, 1992, 320 с.

60. Беляев В.Н, Ворончев И.С., Кулипанов Г.Н., Михеев А.Н., Скринский А.Н. // Интенсивный источник медленных моноэнергетических позитронов на основе синхротронного излучения.-М.: Препринт МИФИ, 026-92, 1992. 20с.

61. Бабичев .А.П., Бабушкина .Н.А., Братковский .A.M. и др, / Физические величины: Справочник, 1991, 1232 с.

62. С. Y. Yi, H.S. Han, W.K. Cho, U. J. Park, J. S. Park, J. S. Jun. // Calculation of mass attenuation coefficients of beta particles, // Radiation Protection Dosimetry Vol. 78, No.3, pp. 221-229,1998.

63. S.R. Thontadarya и N. Umakantha. // Comparison of Mass Absorption Coefficients of Positive and Negative Beta Particles in Aluminum and Tin Physics Review B, Vol. 4, №.5, 1971.

64. R.K. Batra. // Range of electrons and positrons in matter, // Physics Review B, Vol. 23, №.9, 1980.

65. A. Bentabet, N.E. Fenineche, K. Loucif. // A comparative study between slow electrons and positrons transport in solid thin films, // Apply surface science 255, 7580-7585, 2009.

66. Asuman Aydin. // Monte Carlo calculations of positron implantation profiles in silver and gold, Radiation physics and chemistry 59, 277-280, 2000.

67. Asuman Aydin. // Monte Carlo simulations of positron transmission and backscattering probabilities in nickel, Physics Review В 243,pp. 272-276, 2006.

68. Jerzy Dryzek, Pawel Hrodek. // GEANT 4 simulation of slow positron implantation profiles, Physics Review В 226, pp. 4000-4009, 2008.

69. Рязанов .М.И., Тилинин .И.С., / Исследование поверхности по обратному рассеянию частиц, М.: Энергоатомиздат, 1985, 152 с.

70. Черняев А. П., / Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом: учеб. пособие. -М.: 2004, 152 с.

71. Колобашкин В.М., Рубцов П.М., Ружанский П.А. и др. // Бета-излучение продуктов деления: Справочник, М.: Атомиздат, 1978. 472 с.

72. Штоцкий Ю.В., Дубов Л.Ю., Михеев А.Н., Сухарев П.Н. // Восстановление симметричности спектров угловой коррекции аннигиляционного излучения, // Препринт МИФИ. 1992.

73. Аунг Лин, Дубов Л.Ю., Мьо Зо Хтут, Штоцкий Ю.В., // Коррекция спектров УКАИ с помощью метода Монте-Карло, // Тезисы конференции НИЯУ «МИФИ», 2010, Т. 1, стр. 109.

74. Гольданский В.И., / Физическая химия позитрона и позитрония, «Наука», М.,1968.

75. Графутин В.И., Прокопьев Е.П.,Мясищева Г.Г., Фунтиков Ю.В. Развитие методов позитронной аннигиляционной спектроскопии для Определения размеров нанообъектов в пористых системах, дефектных материалах и наноматериалах. УДК 539.124.6, 2010.

76. Jean Y.C. // Microchem. J. 1990. - Vol.42, №1. p. 72-102

77. Мьо Зо Хтут, Штоцкий Ю.В., Ян Лин Аунг. // Восстановление симметричности спектров угловой корреляции аннигиляционного излучения в поликристаллических Pb-Bi сплавах, // Тезисы конференции МИФИ, 2007, Т. 5, стр. 50-52.

78. Графутин В.И., Мьо Зо Хтут, Прокопьев Е.П., Фунтиков Ю.В.,

79. Хмелевский Н.О., Штоцкий Ю.В. // Исследование позитронной аннигиляции в порошках кварца», // Тезисы конференции МИФИ, 2008, Т. 3, стр. 29.

80. Штоцкий Ю.В, Ян Лин Аунг и др. // Аннигиляция позитронов в сплавах висмута и свинца», // Тезисы конференции МИФИ, Москва,2006, Т. 5, стр.32-33.

81. Штоцкий Ю.В., // Метод угловой корреляции аннигиляционного излучения в изучении электронной структуры твердого тела : диссертация на соискание ученой степени к. ф-м.н., М, 1998, 156 с.

82. Мьо Зо Хтут.//Аннигиляция позитронов в Pb-Bi сплавах: диссертация на соискание степени магистра, 2006, 135 с.

83. Bhattacharuga P., Singur K.S. // Phys.Rev.Lett., 1972, v.29, р.22.

84. Hautojarvi P. // Positrons in solids, Springer-Verlag, 1979.

85. Kahana S. // Phys.Rev., 1963, v. 129, p. 1622.

86. Sjolander A., StottM.J. // Solid.State Communs., 1970, v.8, p.1881.

87. Stott M.J., Kubica P.//Phys.Rev., 1975, v.Bl 1, p.l.

88. Welch D.O., Lynn K.G. // Phys.Stat.Sol., 1976, v.77B, p.277.

89. Б.А. Калин, П. А. Платонов, И. И. Чернов, Я. И. Штромбах / Физическое материаловедение, / под ред. Б.А.Калина, т.6,ч.1, м.,:МИФИ, 2008, 672 с