Введение

При попадании высокоэнергетической частицы в кристалличес­кую решетку твердого тела она сталкивается с атомами, передавая им импульс и энергию. В случае, когда переданная в процессе одного столкно­вения энергия превышает пороговую энергию радиационного повреждения E d, атом, получивший энергию E ₂'= E от налетающей частицы и смещенный из своего положения равновесия, на­зывается первично-выбитым атомом. (ПВА). Последующая релаксация энергии ПВА приводит к радиационному нагреву и радиационному пов­реждению твердого тела. Наибольший интерес для практических приложений пред­ставляет второй процесс, в ходе которого ПВА упруго сталкивается с окружающими атомами, заставляя их покидать узлы кристаллической решетки. Получающаяся ветвящаяся цепочка соударений атомов носит название каскада атомных столкновений. Область, охваченная каска­дом столкновений на момент времени, когда энергии движущихся атомов не будет хватать на смещение новых атомов из узлов, называется каскадной областью повреждения и представляет собой участок твердого тела с нарушенной кристаллической структурой, со­держащий радиационные дефекты.

На начальной (кинетической) стадии каскада сечения рассея­ния малы, а следовательно длина свободного пробега значительно превышает межатомное расстояние, а доля выбитых (т.е. участвующих в каскад­ном процессе) атомов будет невелика. Такой каскад называется разреженным. По мере уменьшения энергии длина свободного пробега сни­жается и, когда она сравняется с межатомным расстоянием, в движение придут все атомы охваченной каскадом области и каcкад станет плотным. В плотном каскаде более удобно следить за изменением макроскопических (термодинамических) характеристик физически бесконечно малых объемов, рассматривая кристалл как сплошную среду. Если удельная плотность энергии ε, переданной материалу в упругих столкновениях на кинетической стадии, или начальное энерговыделение, превысит некоторое критическое значение (свое для каждого материала), вокруг возмущенной начальным выделением энергии области сформируется ударная волна – коллективное движе­ние атомов, сопровождающееся переносом массы, импульса и энергии. В ударной волне твердое тело течет подобно жидкости, поэтому его поведение можно описывать уравнениями гидродинамики. Свойст­ва материала учитываются с помощью уравнения состояния, связы­вающего внутреннее давление Р, массовую плотность материала r и температуру Т (или удельную плотность энергии e).

В настоящей работе студенты, решая на ЭВМ методом разностных схем систему гидродинамических уравнений, находят пространствен­но-временные распределения термодинамических характеристик – r, u (гидродинамической скорости) и Р и определяют основ­ные характеристики каскадного процесса. Работа выполняется в вы­числительном центре кафедры физических проблем материаловедения по программе LAB 3.