ВВЕДЕНИЕ 11
1 Аналитический обзор литературных источников 18
1.1 Ионное легирование 18
1.1.1 Торможение в конденсированной среде ускоренных ионов 20
1.1.2 Значимые эффекты при облучении ускоренными ионами конденсированных сред 22
1.1.2.1 Эффекты воздействия, протекающие в зоне пробега ионов протяжённостью в
несколько средних проективных пробегов 23
1.1.2.2 Эффекты воздействия в зоне проникновения ионов, а также ближайшей её
окрестности глубиной от 1 до 10 средних проективных пробегов 24
1.1.2.3 Эффекты воздействия в слоях мишени глубиной, в тысячи раз превышающей
средние проективные пробеги ионов 24
1.2 Анализ эмпирических данных по изменению структуры и характеристик веществ
при ионном облучении на глубине, существенно превосходящей R 27
1.3 Радиационно-динамическое воздействие на вещество пучков заряженных частицЗО
1.3.1 Формирование послекаскадных ударных волн в ходе эволюции плотных
каскадов атомных столкновений 33
1.4 Краткий обзор данных по воздействию ионной бомбардировки на структуру и
характеристики алюминия 37
1.4.1 Модификация структуры и свойств алюминия и его сплавов мощными
импульсными и высокоэнергетическими пучками ионов 37
2 Взаимодействие мощных ионных пучков с металлическими поглотителями 41
2.1 Описание системы «МИП-металл» 42
2.2 Результаты и обсуждения 46
2.3 Динамика формирования импульса механических возмущений в металлической
мишени при воздействии протонно-углеродного пучка 50
3 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 56
3.1 Потенциальные потребители результатов исследования 57
3.1.1 Анализ конкурентных технических решений 58
10
3.1.2 SWOT-анализ 60
3.2 Планирование управления научно-техническим проектом 62
3.2.1 Иерархическая структура работ проекта 62
3.2.2 Контрольные события проекта 63
3.2.3 План проекта 64
3.3 Бюджет научного исследования 66
3.3.1 Расчёт материальных затрат 67
3.3.3 Основная заработная плата исполнителей темы 68
3.3.4 Дополнительная заработная плата исполнителей темы 70
3.3.5 Отчисления во внебюджетные фонды 71
3.3.6 Накладные расходы 71
3.4 Организационная структура проекта 72
3.5 Матрица ответственности 73
3.6 Определение сравнительной эффективности исследования 75
4 Социальная ответственность 77
4.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 78
4.2 Обоснование и разработка мероприятий по снижению уровней опасного и
вредного воздействия и устранению их влияния при работе на ПЭВМ 79
4.2.1 Организационные мероприятия 79
4.2.2 Технические мероприятия 80
4.2.3 Условия безопасной работы 81
4.3 Электробезопасность 84
4.4 Пожарная и взрывная безопасность 85
Заключение 88
Список публикаций 90
Список используемых источников 92
Приложение А 109
Приложение Б 111

Купить

Объектом исследования является система «мощный ионный пучокметалл» энергии в широком диапазоне плотности мощности от 107 до 1010
Вт/см2.
Цель работы – определение характерных особенностей ударноволнового возмущения в системе «МИП-металл», установление взаимосвязи с
параметрами интенсивного ионного пучка и модифицирующим эффектом.
В процессе исследования были изучены гидродинамические коды,
реализующие модель упруго пластической среды, проведён анализ
литературных источников, наиболее ярко отражающих тематику исследования,
проведен численный эксперимент по воздействию интенсивным ионным
пучком на алюминиевую мишень, определены и рассмотрены режимы
генерации ударно-волнового возмущения, изучены характерные особенности
импульсов механических нагрузок, а также влияние компонентного состава
интенсивного ионного пучка на ударно-волновые характеристики. Определены
модифицирующие эффекты. Произведен расчет стоимости выполнения ВКР,
оценена ресурсоэффективность выбранного технического; соблюдены все
требования по охране труда при выполнении данной работы.
В результате исследования было установлено наличие следующих
режимов генерации УВВ: абляционный, термоупругий и переходный.
Установлены параметры УВВ, приводящие к модификации мишени.
Установлено, что существует возможность формирования как биполярной, так
и однополярной, структуры импульса механического возмущения.8
Установлены границы области параметров пучка, при которых биполярное
возмущение в фазе «разрежение» имеет превосходящую предел текучести по
модулю амплитуду. В данной области установлена возможность реализации
откольного явления на переднем фронте облучаемой мишени.
Степень внедрения: высокая; проект может использоваться в настоящее
время, при продолжении дальнейших исследований.
Область применения: модификация конструкционных металлов,
прогнозирование эффектов при воздействии МИП на металлы.
Экономическая эффективность/значимость работы высокая.

ВВЕДЕНИЕ
Бурное развитие большими темпами современных технологий,
модификация уже имеющихся ядерных энергетических установок и большие
прорывы в создании термоядерных аппаратов предъявляют жёсткие требования
к конструкционным материалам, которые должны выработать полный ресурс
при мощных внешних радиационных воздействиях. Стремительное развитие
мировой и отечественной энергетики, преимущественно связанное с развитием
ядерных реакторов нового поколения, реализацией замкнутого ядерного
топливного цикла и проектированием термоядерных установок, побудило
пристальное внимание обратить на изучение конструкционных материалов и
поведения их при воздействии интенсивного высокоэнергетического
облучения, сопровождающего генерацию энергии в ядерных и термоядерных
реакциях. Нехватка знаний о радиационных воздействиях на конструкционные
материалы часто является причиной сдерживания темпов развития
современных и радиационных технологий, а также ядерных и термоядерных
установок.
Изменения физических свойств конструкционных материалов при
облучении их в энергетических установках на сегодняшний день представляет
собой не решенную до конца задачу. Прежде всего это связывается со
сложностью физических процессов, совместно протекающих в материале при
мощном энергетическом воздействии. При проектировании действующих
установок приходится сталкиваться с трудностями как технического, так и
принципиального характера. Большинство материалов, которые используются
при изготовлении различных конструктивных узлов и рабочих частей
энергетических ядерных и термоядерных установок, подвержены воздействию
мощных энергетических потоков. Энергетическое воздействие на материалы,
определяет изменение их структуры, прочностных, электрических и других
свойств.13
Проблема модифицирования и улучшения свойств, имеющихся на
данный момент или создания новых радиационно-стойких конструкционных
материалов играет существенную роль в дальнейшем развитии человечества в
освоении источников термоядерной и ядерной энергии. Является необходимым
детальное понимание физических процессов в системе «конструкционный
материал – концентрированный поток энергии», и на основе понимания
действия на конструкционный материал совместно протекающих в нём
процессов при облучении концентрированным потоком энергии создание
материалов, которые способны выдержать интенсивное высокоэнергетичное
воздействие в течение длительного времени.
Воздействие концентрированных потоков энергии КПЭ на элементы
конструкции сопровождается протеканием большого числа
взаимообусловленных процессов. В том числе: релаксация внутренней и
кинетической энергии потока во внутреннюю энергию вещества
конструкционных материалов; формирование локальной области
энерговыделения; протекание фазовых переходов в области энерговыделения;
образование приповерхностного плазменного (вещество конструкционного
материала) слоя; генерация импульсов механических возмущений вблизи
поверхности испытывающей воздействие; эволюция ударных и акустических
волн в объеме материала. Эти процессы обуславливают эрозию поверхностных
слоев элементов конструкции, а также объемную модификацию физико–
механических свойств конструкционного материала.
Одним из направлений получения новых данных о закономерностях
поведения конструкционных материалов ядерных и термоядерных установок,
испытывающих высокоэнергетическое воздействие, является имитационное
моделирование с помощью импульсных пучков заряженных частиц.
Воздействие ИПЗЧ на вещество мишени сопровождается теми же процессами,
что и воздействие интенсивного высокоэнергетического облучения. В
частности при использовании мощных ионных пучков параметры воздействия
(уровень подводимой энергии, геометрические размеры области14
энерговыделения, амплитудно–временные параметры импульсов механических
возмущений) сравнимы с таковыми при воздействии характерных для ядерных
и термоядерных установок КПЭ (КПЭ ЯТУ). Проведение экспериментов на
импульсных ускорителях ионов требуют значительно меньших затрат
материальных и трудовых ресурсов по сравнению с экспериментами на
ядерных и термоядерных установках. Имитационное моделирование является
одним из апробированных методов исследований в области
высокоэнергетических воздействий. Например, ИПЗЧ широко применялись при
исследованиях поражающих факторов ядерных взрывов.
Современный уровень пучковых технологий предопределяет
перспективность имитационных экспериментов с использованием МИП.
Существующие ускорительные комплексы позволяют получать пучки с
параметрами, определяющими возможность проводить мобильное
имитационное моделирование воздействия на материалы плазмы
термоядерного диапазона энергии. Для осуществления имитационных
экспериментов актуальным и необходимым является получение взаимосвязи
параметров и критериев взаимного подобия результатов мощного ионного и
интенсивного высокоэнергетичного облучения.
Для установления закономерностей процессов, протекающих в системах
«МИП – конструкционный материал» и «КПЭ ЯТУ – конструкционный
материал» и определения критериев их подобия предлагается использование
методов численного моделирования. Для выбора амплитудно–временных
параметров МИП, имитирующего воздействие КПЭ ЯТУ, предполагается
получить динамические дифференциальные распределения параметров
вещества, обусловленные сочетанным протеканием всей совокупности
процессов в обеих системах. Варьируя параметры МИП, необходимо
обеспечить качественное и количественное соответствие амплитудно–
временных параметров импульсов механической нагрузки, генерируемых у
облучаемой поверхности, а также геометрических и динамических
характеристик плазменного слоя, образующегося из вещества в пограничной15
области. Решение данной задачи возможно только в рамках численного
эксперимента, позволяющего максимально детализировать результаты
воздействия.
Использованы оригинальные специализированные пакеты программ
моделирования упруго–пластических, гидродинамических и плазменных
процессов, сопровождающих воздействие на мишень импульсных потоков
энергии длительностью (10–9 – 10–6) с и плотности мощности (107 – 1010) Вт/см2.
Особенностями являются корректное описание процессов в области фазовых
переходов и учет реальных амплитудно–временных и пространственных
параметров импульсного воздействия. Функция источника энерговыделения в
мишени определяется при учете всех особенностей взаимодействия ионов,
электронов и электромагнитного излучения с веществом во всем диапазоне
изменения термодинамических параметров.
Объектом исследования является система «мощный импульсный поток
энергии – вещество», которая характеризуется экстремально высокими
плотностями мощности воздействия. Данная система описывается множеством
параметров, что связывается с высокой вероятностью последовательного
возбуждения и протекания плазменных, жидкофазовых, а также твердотельных
процессов. Сложность создания компьютерных моделей такой системы
обуславливается отсутствием на сегодняшний день завершённого
теоретического описания разного рода физических явлений, протекающих в
зоне промежуточных состояний вещества, таких как существование бинарных
состояний вещества, фазообразование и плавление. Также остается
невыясненным воздействие каждого из приведённых выше явлений на развитие
упругих, пластических, упруго–пластических, гидро– и газодинамических
процессов, протекающих в объеме вещества. Обычно подвергаются
рассмотрению лишь частные аспекты проблемы: элементарные процессы
воздействия пучков заряженных частиц на мишени; теплофизические
процессы, сопровождающиеся объемным энерговыделением; радиационное
инициирование звуковых волн.16
Таким образом, целью работы является определение характерных
особенностей ударно-волнового возмущения в системе «МИП-металл»,
установление взаимосвязи с амплитудно-временными параметрами
интенсивного ионного пучка и модифицирующим эффектом.
Купить