Skorokhod R. Radiation-induced segregation in concentrated Fe-Cr and Fe-Cr-Ni metal alloys

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0824U002687

Applicant for

Specialization

  • 104 - Фізика та астрономія

25-09-2024

Specialized Academic Board

ДФ2_6684

Institute of Applied Physics National Academy of Sciences of Ukraine

Essay

The thesis is devoted to the sequential modeling of radiation-induced segregation in concentrated Fe-Cr and Fe-Cr-Ni alloys based on a system of nonlinear partial differential equations, numerical calculations and comparative analysis of the governing quantitative characteristics of radiation-induced segregation under different irradiation conditions and theoretical research of late stages of equilibrium segregation of impurities at the grain boundary by the Ostwald ripening mechanism. The thesis consists of an introduction, four chapters, conclusions, a list of used sources and an appendix. The volume of the thesis is 161 pages of typewritten text, the volume of the main part is 115 pages and it contains 75 figures. The list of used sources consists of 199 items. The results of the dissertation work were published in 3 scientific works, which are indexed by the scientometric databases Scopus and/or Web of Science, The object of research is the phenomenon of radiation-induced segregation in concentrated metal alloys and the phenomenon of equilibrium segregation of impurity at the grain boundary. The aim of the thesis is a consistent numerical study of the phenomenon of radiation-induced segregation in concentrated Fe-Cr and Fe-Cr-Ni metal alloys under different irradiation conditions and a theoretical analysis of the late stage of equilibrium segregation of impurities at the grain boundary according to the Ostwald ripening mechanism. The methods of mathematical physics and numerical modeling were used in the dissertation work. In particular, when transforming the system of equations of radiation-induced segregation for its further numerical analysis, the procedures of dimensionless, scaling, and the finite difference method were used. The Lifshits-Slyozov asymptotic analysis was used to study the Ostwald ripening of spherical precipitates of the new phase. In the work, the governing quantitative characteristics of radiation-induced segregation for Fe-9Cr and Fe-20Cr-8Ni alloys were calculated for different values of the production rates of point defects, radiation doses and temperatures, and an analysis of the dependence of the governing quantitative characteristics on the mentioned irradiation conditions was carried out. It was demonstrated that the dislocation subsystem suppresses the effects of radiation-induced segregation at different production rates of point defects, radiation doses, and temperatures. It is demonstrated how the choice of boundary conditions on the surface of the sample affects the results of simulation of radiation-induced segregation. For the first time, computer simulation methods showed that the effect of increasing the production rate of point defects on the effects of radiation-induced segregation can be compensated with a sufficiently high accuracy by a relatively small increase in temperature. For the first time, the kinetics of spherical precipitates of a new phase at the grain boundary, the growth of which is limited by surface kinetics, was considered theoretically for the first time, taking into account the diffusion flows of impurity atoms from the depth of the grain to the grain boundary at the stage of Ostwald ripening. The results obtained in the thesis can be used in modeling and forecasting changes in the local composition of concentrated Fe-Cr and Fe-Cr-Ni alloys under irradiation conditions, as well as serve as a basis for the study of radiation-induced segregation in alloys with a larger number of components. In addition, the obtained results can be used in the study of the growth kinetics of spherical precipitates of the new phase, which are located at the grain boundary. The results of the dissertation work can be used in the IAP of the National Academy of Sciences of Ukraine, the NSC KIPT of the National Academy of Sciences of Ukraine, the INR of the National Academy of Sciences of Ukraine, the IERT of the National Academy of Sciences of Ukraine, NNEGC "Energoatom" and other scientific centers.

Research papers

Skorokhod, R.V., Buhay, O.M., Bilyk, V.M., Denysenko, V.L., Koropov, O.V., Modeling radiation-induced segregation in binary alloys. East European Journal of Physics, 2018, 5(1), pp. 61-69.

Koropov, O., Skorokhod, R., Surface-kinetics-limited ostwald ripening of spherical precipitates at grain boundaries. East European Journal of Physics, 2019, (1), pp. 75–85.

Skorokhod, R.V., Koropov, O.V., Modelling of Radiation-Induced Segregation in Fe–9 at.% Cr Alloy with Alloy Dislocation Subsystem Considered. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 2022, 44(6), pp. 691–711.

Р.В. Скороход, «Моделювання радіаційно-індукованої сегрегації в тонких плівках Fe-Cr», у ІV Всеукраїнській науково-практичній конференції молодих учених «Сучасні проблеми експериментальної, теоретичної фізики та методики навчання фізики», Суми, 24-25 квітня 2018 р. Суми, 2018, с. 53-54.

Р.В. Скороход, В.Л. Денисенко та О.В. Коропов, «Моделювання радіаційно-індукованої сегрегації в тонких плівках Fe-Cr-Ni», у XІV Міжнародній науково-технічній конференції молодих вчених та фахівців «Проблеми сучасної ядерної енергетики», Харків, 14-16 листопада 2018 р. Харків, 2018 с. 46-47.

Р.В. Скороход, О.В. Коропов, В.Л. Денисенко та В.Ю. Сторіжко, «Моделювання радіаційно-індукованої сегрегації в сплавах Fe-Cr-Ni під дією іонного опромінення», у XVII Конференції з фізики високих енергій та ядерної фізики, Харків, 26-29 березня 2019 р. Харків, 2019, с.78.

Р.В. Скороход, «Моделювання радіаційно-індукованої сегрегації в потрійних концентрованих металевих сплавах», у V Всеукраїнській науково-практичній конференції молодих учених «Сучасні проблеми експериментальної, теоретичної фізики та методики навчання фізики», Суми, 22-24 квітня 2019 р. Суми, 2019, с. 70-71.

Р.В. Скороход та О.В. Коропов, «Математична модель радіаційно-індукованої сегрегації в концентрованих металевих сплавах Fe-Cr-Ni», у VІІI Міжнародній науково-практичній конференції «Математика в сучасному технічному університеті», Київ, 27–28 грудня 2019 р. Вінниця: Видавець ФОП Кушнір Ю. В., 2020, с. 153-160.

Р.В. Скороход та О.В. Коропов, «Розрахунки визначальних кількісних характеристик радіаційно-індукованої сегрегації в концентрованих металевих сплавах Fe-Cr-Ni», у VІ Всеукраїнській науково-практичній конференції молодих учених «Сучасні проблеми експериментальної, теоретичної фізики та методики навчання фізики», Суми, 13-15 квітня 2020 р. Суми, 2020, с. 45-48.

О.В. Коропов та Р.В. Скороход, «Диференціальні рівняння радіаційно-індукованої сегрегації в N-компонентних концентрованих металевих стопах», у IХ Міжнародній науково-практичній конференції «Математика в сучасному технічному університеті», Київ, 28–29 грудня 2020 р. Вінниця: Видавець ФОП Кушнір Ю. В., 2021, с. 80-89.

Р.В. Скороход та О.В. Коропов, «Моделювання впливу дислокаційної підсистеми на ефекти радіаційно-індукованої сегрегації в трикомпонентному сплаві Fe-20%Cr-8%Ni», у VII Всеукраїнській науково-практичній конференції з міжнародною участю «Сучасні проблеми експериментальної, теоретичної фізики та методики навчання фізики», Суми, 12-14 квітня 2021 р. Суми, 2021, с. 76-77.

R. Skorokhod and О. Koropov, “The governing quantitative characteristics of radiation-induced segregation in Fe-Cr-Ni alloy”, in XII Conference of Young Scientists “Problems of Theoretical Physics”, Kyiv, December 21 – 22, 2021. Kyiv, 2021, p. 9-10.

Р.В. Скороход та О.В. Коропов, «Вплив енергій міграцій вакансій компонентів сплаву на ефекти радіаційно-індукованої сегрегації в аустенітних сплавах Fe-Cr-Ni», у VIII Всеукраїнській науково-практичній конференції з міжнародною участю «Сучасні проблеми експериментальної, теоретичної фізики та методики навчання фізики», Суми, 24-26 жовтня 2022 р. Суми, 2022, с. 71-73.

Р.В. Скороход та О.В. Коропов, «Дослідження впливу швидкості продукування точкових дефектів та температури на радіаційно-індуковану сегрегацію в сплавах Fe-Cr-Ni методом комп’ютерного моделювання», у IХ Всеукраїнській науково-практичній конференції з міжнародною участю «Сучасні проблеми експериментальної, теоретичної фізики та методики навчання фізики», Суми, 10-12 квітня 2023 р. Суми, 2023, с. 78-80.

Р.В. Скороход та О.В. Коропов, «Розрахунки визначальних кiлькiсних характеристик радiацiйно-iндукованої сегрегацiї в сплавах Fe-20Cr-8Ni за рiзних умов опромiнення» у XXIII Всеукраїнській школі-семінарі молодих вчених зі статистичної фізики та теорії конденсованої речовини, Львів, 26-27 жовтня 2023 р. Львів, 2023, с. 28.

R. Skorokhod and О. Koropov, “The Mutual Influence of Production Rate of Point Defects and Temperature on the Effects of Radiation-Induced Segregation in the Fe-20Cr-8Ni Alloy” in XIV Conference of Young Scientists ”Problems of Theoretical Physics”, Kyiv, January 16 – 17, 2024. Kyiv, 2024, p. 12.

О.В. Коропов та Р.В. Скороход, «Пізня стадія сегрегації домішки на міжзеренній межі у випадку утворення сферичних виділень нової фази, ріст яких лімітується поверхневою кінетикою», у Х Всеукраїнській науково-практичній конференції з міжнародною участю «Сучасні проблеми експериментальної, теоретичної фізики та методики навчання фізики», Суми, 15-17 квітня 2024 р. Суми, 2024, с. 85-86.

Files

Similar theses