Спектрометрический комплекс для in situ исследований дефектов водородного происхождения

Введение 13
Глава 1. Теоретическая часть. 17
1.1 Общие свойства позитрона 17
1.2 Имплантация позитронов в твердые тела 18
1.2.1 Термализация 18
1.3 Аннигиляция и наблюдаемые параметры 23
1.4 Время жизни позитрона 23
1.5 Производство позитронов 24
1.6 Спектроскопия доплеровского уширения - DBS 26
1.6.1 ?-спектроскопия высокого разрешения с HPGe-детекторами 26
1.6.2 S-параметр: определение, расчет погрешности и интерпретация 27
1.7 Спектроскопия совпадающего доплеровского уширения - CDBS 31
Глава 2. Материалы и методы 34
2.1. Комплекс позитронной аннигиляционной спектроскопии 34
2.2. Источник позитронов для исследования in situ 38
Глава 3. Результаты и обсуждение 40
3.1 Характеристики 64Cu при комнатной температуре 40
3.2 Апробация разработанного комплекса в эксперименте по in situ исследованию дефектов водородного происхождения в титановых образцах 46
3.3 Применение комплекса для in situ исследования эволюции дефектной структуры при вакуумном отжиге материалов-накопителей водорода на основе порошка магния 49
Глава 4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 53
4.1. Предпроектный анализ 53
4.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования 53
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 54
4.1.3 SWOT-анализ 55
4.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 57
4.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического исследования 60
4.2 Инициация проекта 60
4.3 Планирование управления научно-техническим проектом 62
4.3.1 Иерархическая структура работ проекта 62
4.3.2 План проект 63
4.4 Бюджет научного исследования 65
4.5. Операционные затраты. 71
4.5.1 Организационная структура проекта 71
4.5.2 План управления коммуникациями проекта 72
4.5.3 Реестр рисков проекта 72
4.6 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности 73
4.6.1 Оценка абсолютной эффективности исследования 73
4.6.2 Оценка сравнительной эффективности исследования 78
Глава 5 Социальная ответственность 81
5.1. Производственная безопасность 81
5.1.1. Отклонение показателей микроклимата в помещении 81
5.1.2.Превышение уровней шума 83
5.1.3.Повышенный уровень электромагнитных излучений 84
5.1.4. Поражение электрическим током 85
Освещенность 87
5.1.5 Пожарная опасность 90
5.2.Экологическая безопасность 92
5.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 94
Заключение 96
Список литературы 97

Весь текст будет доступен после покупки

Изучение и контроль систем металл-водород имеют ряд особенностей, связанных с высокой подвижностью диффузии водорода в металлах и сплавах и его высокой реакционной способностью. Водород может создавать дефекты различного рода, включая вакансии, примесные атомы, дислокации, внутренние межзеренные атомы и границы зерен [1-10]. Кроме того, водород активно взаимодействует с уже существующими структурными дефектами [10-15]. Механизмы влияния водорода на дефекты, структурно-фазовое состояние и механические свойства металлических материалов до конца не установлены, несмотря на многочисленные исследования в этой области. Разработка новых и совершенствование известных методов контроля дефектов в системах металл-водород является чрезвычайно актуальной, поскольку до сих пор остаются нерешенными проблемы деградации металлов под действием водорода, а также существует необходимость создания новых функциональных материалов для работы в водородсодержащих средах [1-4].
Для раннего обнаружения водородного охрупчивания металлов и сплавов крайне важно контролировать взаимодействие дислокаций и комплексов водород-вакансия. В частности, необходимо изучить механизмы и динамику возникновения дефектов, трансформацию одного типа в другой, причины их увеличения и исчезновения, миграцию по поверхности и объему исследуемого материала. Кроме того, важно установить реальный размер и концентрацию дефектов, определить параметры, влияющие на физико-механические свойства. Методы позитронной спектроскопии являются наиболее эффективными для мониторинга взаимодействия водорода с дефектами и выявления механизмов образования дефектов, индуцированных водородом. Эти методы обладают наивысшей чувствительностью и позволяют определить тип, концентрацию дефектов и их химическое окружение [1-4].
Эффективность позитронной спектроскопии для изучения и мониторинга систем металл-водород была продемонстрирована во многих работах [1-20]. Однако остаются существенные ограничения, связанные с невозможностью непосредственного изучения эволюции структуры дефектов в процессах поглощения, накопления и распределения водорода, несмотря на недавнее появление позитронных спектрометров и спектрометрических комплексов с высокими техническими характеристиками. Таким образом, изучение эволюции дефектов in situ позволит установить первичные механизмы, стадии и принципы изменения структурно-фазового состояния металлических систем, что даст возможность прогнозировать изменение физико-механических свойств.
Следовательно, изучение дефектов после воздействия (ex situ) и непосредственно в процессе воздействия (термообработка, наводороживание и т.д.) в режиме in situ становится актуальной научной задачей.
Источники позитронов, используемые в настоящее время в методах позитронной аннигиляции, делятся на две большие группы: радиоизотопные источники и высокоинтенсивные позитронные пучки на ускорительных комплексах. К первой группе относятся различные ?+ изотопы, наиболее популярным из которых являются 22Na и 44Ti. Позитронные источники на основе изотопов представляют собой радиоактивные вещества (часто в виде солей), упакованные в защитную капсулу с выходным окном. В качестве материала капсулы используется майлар или каптон (для 22Na) и чистый титан (для 44Ti). Эти источники нельзя использовать для исследований in situ, поскольку материалы капсулы не предназначены для работы в агрессивных условиях, таких как воздействие высоких температур или присутствие водорода. Повреждение капсулы может создать условия для утечки источника и радиоактивного загрязнения окружающей среды. Использование интенсивных позитронных пучков также сталкивается с трудностями при их применении для in situ исследований взаимодействия материала с водородом. Эти трудности, помимо дороговизны самого метода, связаны с доставкой пучка к исследуемому материалу, поскольку манипуляции с позитронным пучком проводятся в вакууме, в то время как исследуемый материал окружен средой (либо газом под давлением, либо жидкостью).

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Теоретическая часть.
1.1 Общие свойства позитрона
В 1928 году П. А. М. Дирак постулировал позитрон как античастицу электрона, чтобы объяснить отрицательные энергетические состояния в своем знаменитом уравнении Дирака, которое объединяет квантовую механику с теорией относительности [30].
Андерсон экспериментально открыл позитрон в 1932 году, исследуя следы частиц с помощью облачной камеры в магнитном поле. Свинцовая пластина внутри камеры использовалась для определения направления наблюдаемых следов, поскольку соответствующие частицы теряют энергию при прохождении через пластину. Эта потеря энергии и толщина пластины находятся в прямой зависимости, поэтому масса и заряд обнаруженной частицы могут быть определены путем измерения радиусов следов перед и за пластиной. По полученным значениям стало очевидно, что они происходят от "положительного электрона" [31-33].
Электрон и позитрон как частицы материи и антиматерии имеют одинаковую массу и спин, но противоположные заряд и магнитный момент. Обе частицы стабильны в вакууме. В таблице 2.1

Весь текст будет доступен после покупки

1. Iurii, B.; Viktor, K.; Leonid, S.; Maxim, S.; Ekaterina, S.; Jakub, C? .; Marian, V.; Ke, L.; Roman, L.; Andrey, L.; et al. Positron annihilation spectroscopy study of defects in hydrogen loaded Zr-1Nb alloy. J. Alloy. Compd. 2019, 798, 685–694.
2. Laptev, R.S.; Lider, A.M.; Bordulev, Y.S.; Kudiiarov, V.N.; Garanin, G.V.; Wang, W.; Kuznetsov, P.V. Investigation of Defects in Hydrogen-Saturated Titanium by Means of Positron Annihilation Techniques. In Defect and Diffusion Forum; Trans Tech Publications Ltd.: Freienbach, Switzerland, 2015; Volume 365, pp. 232–236.
3. Laptev, R.; Lider, A.; Bordulev, Y.; Kudiiarov, V.; Garanin, G. Hydrogenation-induced microstructure changes in titanium. J. Alloy. Compd. 2015, 645, S193–S195.
4. Laptev, R.S.; Kudiiarov, V.N.; Bordulev, Y.S.; Mikhaylov, A.A.; Lider, A.M. Gas-phase hydrogenation influence on defect behavior in titanium-based hydrogen-storage material. Prog. Nat. Sci. Mater. Int. 2017, 27, 105–111.
5. Cherdantsev, Y.P.; Chernov, I.P.; Tyurin, Y.I. Methods for studying metal-hydrogen systems. Energoatomizdat 2004, 270. 6. Gel’d, P.V.; Ryabov, R.A. Hydrogen in metals and alloys. Metallurgy 2014, 6, 49–55. (In Russia)
7. Kolachev, B.A. Hydrogen in metals and alloys. Met. Sci. Heat Treat. 1999, 41, 93–100.
8. Alefeld, G.; Volkl, J. Hydrogen in Metals I-Basic Properties; Springer: Berlin, Germany; New York, NY, USA, 1978; Volume 28, p. 428.
9. Geld, P.V.; Ryabov, R.A.; Kodes, E.S. Hydrogen and imperfections of metal structure. Metallurgy 1979, 221.
10. Popov, E.; Troev, T.; Petrov, L.; Berovski, K.; Peneva, S.; Kolev, B. Model calculations of positron interaction in materials for ITER. Bulg. Chem. Commun. 2015, 47, 192–199.
11. Gainotti, A.; Ghezzi, C.; Manfredi, M.; Zecchina, L. Positron lifetimes in metal hydrides. Il Nuovo Cimento B Ser. 10 1968, 56, 47–56.
12. Budziak, A.; Dryzek, J.; Krawczyka, J.; Zieli ? nskia, P.M. Calorimetric and Positron Lifetime Measurements of Hydrogenated Carbon Nanocones. Acta Phys. Pol. A 2010, 117, 574–577.

Весь текст будет доступен после покупки