Вычисление потенциалов межатомного взаимодействия в металлах при наличии ионизационных процессов, вызванных излучением

Объектом исследования является изменение межатомного взаимодействия в металлах при ионизации и возбуждении электронной подсистемы.
Цель работы – изучение взаимодействия заряженных частиц с твердотельными структурами с точки зрения анализа эффектов, остающихся в настоящее время недостаточно изученными, а именно, формы потенциалов межатомного взаимодействия металлов при ионизации атомов и возбуждении электронов проводимости в области треков быстрых заряженных частиц и в зоне релаксации возбужденных состояний.
На основе псевдопотенциального подхода проанализировано поведение потенциалов межатомного взаимодействия в алюминии в условиях возбуждения электронной подсистемы.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 12

1 Понятие о псевдопотенциале …………………………………………………………… 15
1.1 Основные положения метода псевдопотенциала ……………………………… 22
1.2 Получение констант псевдопотенциала на базе данных по
спектроскопии………………………………………………………………………35
2 Влияние ионизирующего излучения на межатомное взаимодействие в
металлах……………………………………………………………………………..39

2.1 Потенциалы межатомного взаимодействия в алюминии для различных
зарядовых состояний……………………………………………………………………………………. 42
2.2 Изменение межатомных сил при возбуждении электронной
подсистемы………………………………………………………………………….50
3 Обсуждение результатов ………………………………………………………………………… 60

4 Финансовый менеджмент, ресурсосбережение и ресурсоэффективность62
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения63
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ………………….. 63
4.2 SWOT-анализ………………………………………………………………………………….. 64
4.3 Планирование научно-исследовательских работ ……………………………… 66
4.3.1 Структура работ в рамках научного исследования …………………………… 66
4.3.2 Определение трудоемкости выполнения работ ………………………………… 67
4.3.3 Разработка графика проведения исследования…………………………………. 68
4.4 Бюджет научно-технического исследования ……………………………………. 71
4.4.1 Расчет материальных затрат ……………………………………………………………. 72
4.4.2 Расчет амортизационных отчислений ……………………………………………… 73
4.5 Основная заработной платы и отчислений во внебюджетные фонды .. 74
4.5.1 Расчет общей себестоимости …………………………………………………………… 75
4.6 Оценка научно-технической эффективности исследования ……………… 76
5 Социальная ответственность …………………………………………………………… 79
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ….. 80
5.1.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя) правовые
нормы трудового законодательства ……………………………………………………………… 80
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя ……………………………………………………………………………………………… 81
5.2 Производственная безопасность ……………………………………………………… 83
5.3 Анализ опасных и вредных производственных факторов…………………. 84
5.3.1 Производственный шум ………………………………………………………………….. 85
5.3.2 Повышенное значение напряжения в электрической цепи ……………….. 87
5.3.3 Производственный микроклимат и его влияние на организм человека 89
5.3.4 Производственное освещение …………………………………………………………. 90
5.4 Экологическая безопасность …………………………………………………………… 94
5.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………… 94
Заключение …………………………………………………………………………………………………. 98

Список используемой литературы ……………………………………………………………… 100

Приложение A …………………………………………………………………………………………… 104

Приложение B ……………………………………………………………………………………………. 119

В настоящее время активно ведутся работы по воздействию мощных
импульсных потоков ионизирующего излучения на различные материалы и
изделия. Процесс прохождения ионизирующего излучения, несущего через
материю большое количество энергии, оставляет свой след в виде изменений
структуры материи. В частности, в области диапазона быстро заряженных частиц
и вблизи поверхности твердого тела атомы ионизируются, при интенсивном
облучении и потенциалы межатомного взаимодействия меняются, этим
обстоятельством невольно пренебрегают, что приводит к снижению точности
вычислений. Для изучения поведения материи, частично или полностью
ионизированной, необходимо знать потенциалы межатомного взаимодействия.
В настоящее время изучению такой возможности не уделяется должного
внимания, так как потенциалы взаимодействия, обычно используемые в
машинных моделях, не учитывают изменения свойств твердого тела в условиях
облучения. В этой связи требуется метод, позволяющий рассчитывать потенциалы
«из первых принципов» с учетом изменения свойств твердотельных структур под
действием излучения. Метод, предсказывающий конфигурацию валентных
электронов, который может многое сказать о тех свойствах вещества, которые
зависят от межатомных связей. Этот метод называется метод псевдопотенциала.
Метод псевдопотенциала рассматривает электроны атомного остова и атомное
ядро как некую единую частицу без внутренней структуры. Он был главным
теоретическим методом исследования свойств поверхностей твердых тел. На
поверхностях и границах упорядоченная картина связей существенно нарушается,
и возникающее в результате этого перераспределение плотности электронного
заряда может оказывать влияние на связи между атомами на глубине в несколько
атомных слоев внутри вещества. Ими также были теоретически объяснены
свойства границ между металлами и полупроводниками и между двумя
полупроводниками.
Хотя в данной работе сделан упор на практическое применение метода,
тем не менее изложены по возможности без излишних подробностей и
математического обоснования основные положения метода, рассмотрели
различные факторы, влияющие на точность вычислений, и только затем перешли
к расчетам потенциалов взаимодействия в реальных расплавах.
Таким образом, на основе метода квантовых дефектов был разработан
способ расчета параметров псевдопотенциального формфактора для
дополнительных ионизированных ионных ядер. На примере алюминия
рассчитываются параметры формфактора Хейне-Абаренкова-Анималу, а на его
основе получаются парные потенциалы межатомного взаимодействия.
Установлено, что в отличие от атома в нормальном заряженном и
ионизированном состоянии глубина первого минимума в потенциальной функции
уменьшается. Кроме того, в паре ионизированных частиц первый минимум
потенциальной функции полностью исчезает, заставляя их падать в
отталкивающую ветвь.
Поведение потенциалов межатомного взаимодействия в алюминии в
условиях возбуждения электронной подсистемы анализируется на основе
псевдопотенциального подхода. При этом локальное увеличение концентрации
электронов проводимости вызывает «размягчение» кристаллической решетки. На
этот случай тоже рассчитываются потенциалы межатомного взаимодействия.
Получены уравнения состояния для металлов в присутствии
дополнительных ионизированных атомов. В частности, встречаются изобары для
различных концентраций дополнительных ионизированных состояний.
Изменения потенциалов межатомного взаимодействия, вызванные
потоками плазмы и ионизирующего излучения, могут вызывать распыление
поверхности в районе дорожки быстро заряженной частицы.