Исследование структурных изменений нанокомпозитных материалов ядерной энергетики после облучения тяжелыми ионами с энергиями осколков деления

В качестве перспективных видов ядерного топлива, позволяющих не только улучшить безопасность и эффективность ядерного реактора, но и перерабатывать высокоактивные ядерные отходы, в последнее время рассматриваются композитные составы, представляющие собой смеси актинидных оксидов, либо микро- и нано-частицы топлива в инертной матрице. Нано- и микро-структурированные композиты могут демонстрировать улучшенные радиационные характеристики, поскольку большая площадь поверхности раздела или границ зерен может действовать как высокоэффективный сток для аннигиляции междоузельных атомов и вакансий, создаваемых во время облучения. Одним из наиболее удобных и безопасных методов исследования воздействия осколков деления на свойства материалов ядерной энергетики является применение ускоренных пучков тяжелых ионов. Наиболее широко распространенным модельным аналогом ядерного топлива является диоксид церия (CeO2). Будучи изоструктурным по отношению к оксидам актинидов, CeO2 широко используется для изучения радиационных эффектов в топливе, поскольку устраняет необходимость работы с радиоактивными или строго регламентируемыми материалами. Структурные изменения в массивных и поликристаллических образцах оксидов актинидов и диоксида церия изучались для широкого круга энергий и масс ионов, а также в агрессивных химических средах и при воздействии высоких температур. При этом в литературе практически нет теоретических данных о механизмах формирования радиационных повреждений в таких материалах, а также композитах на их основе. Поэтому крайне важной и перспективной задачей радиационного материаловедения является количественное исследование поведения поверхностных и интерфейсных областей наночастиц и нанокомпозитных материалов ядерного топлива при облучении, а также сравнение их отклика к радиационному воздействию с массивными образцами. Этот интерес обусловлен и тем фактом, что кинетика возбуждения и релаксации материалов в треках тяжелых ионов в приповерхностных и интерфейсных областях мишени значительно отличается от таковой в объеме из-за возможного обмена частицами и энергией с окружающей средой. В настоящей работе предполагается проведение моделирования процессов дефектообразования вблизи поверхности и интерфейсных слоев материалов композитного ядерного топлива и его важнейших аналогов (CeO2, UO2, SiC и др.). Результаты, полученные в ходе выполнения проекта, будут представлять несомненный интерес для развития общих фундаментальных представлений радиационной физики твердых дел и радиационного материаловедения. Это в свою очередь, будет способствовать повышению экономичности, надежности и безопасности реакторов нового поколения.