Анотація до роботи:

Радченко Т.М. Кінетика близького порядку та еволюція картини розсіяння випромінювань і електроопору в щільно впакованих твердих розчинах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07–фізика твердого тіла. — Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, Київ, 2003.

Захищаються наукові положення, сформульовані на основі 9 опублікованих наукових праць, у котрих розвинуто напівфеноменологічні моделі кінетики близького порядку в ГЦК- й ГЩВ-розчинах. Мікроскопічний підхід до опису кінетики близького порядку розповсюджено на випадок бінарних ГЦК- й ГЩВ-розчинів заміщення і втілення; він дозволяє визначити ймовірності елементарних стрибків і коефіцієнти дифузії атомів за даними про часову еволюцію інтенсивності дифузного розсіяння випромінювань в оберненому просторі. Встановлено, що магнітний внесок у обчислену фур’є-компоненту енергії «змішання», зокрема, невпорядкованого ГЦК-сплаву Ni–Fe перешкоджає атомному впорядкуванню, а наявність в ньому атомів зі спінами різної величини спричинює його переривчастий фазовий перехід із парамагнітного стану в магнітний, тобто зі стрибкуватим виникненням намагніченостей кожної з двох підсистем компонентів і сплаву в цілому. В рамках гіпотези про співпадання найбільших характерних часів релаксації інтенсивності дифузного розсіяння випромінювань з часами релаксації залишкового електроопору зпрогнозовано поведінку одних з цих величин за даними про другі і передбачено часову еволюцію близького порядку в твердих розчинах.

Часову залежність дифузного розсіяння випромінювань і залишкового електроопору застосовано для вивчення кінетики близького порядку щільно впакованих твердих розчинів. При проведенні цих теоретичних досліджень використано експериментальні дані інших авторів.

В роботі отримані наступні основні результати й висновки:

1. Мікроскопічний підхід до опису кінетики процесів, пов’язаних з релаксацією близького порядку в ОЦК-сплавах заміщення, в оберненому просторі розповсюджено на випадок довільного співвідношення дифузійних рухливостей компонентів у щільно впакованих (ГЦК- й ГЩВ-) твердих розчинах заміщення й втілення [1, 2, 3].

2. На основі аналізу експериментальних даних про кінетику релаксації дифузного розсіяння теплових нейтронів доведено, що, зокрема, для адекватного опису ГЦК-сплаву заміщення Ni–Fe (принаймні при температурах, близьких до температури Курнакова) необхідно враховувати атомні стрибки компонентів не тільки на найближчі відстані, але й на більш далекі [1, 2, 3].

3. На прикладі ГЦК-сплаву Ni–Fe показано, що дифузія більш «повільних» атомів заміщення реалізується за рахунок вакансійного механізму, а не обмінного або міжвузловинного [1, 2, 3].

4. У припущенні про співпадання найбільших характерних часів релаксації дифузного розсіяння випромінювань (в k-представленні) з часами релаксації залишкового електроопору (в a(r)-представленні) за даними про часову залежність останнього оцінено найбільші характерні часи релаксації дифузного розсіяння на прикладі сплаву заміщення ГЦК-Ni–Mo [1, 4].

5. На основі експериментальних даних про еволюцію залишкового електроопору передбачено часову залежність нормованої зміни дифузного розсіяння випромінювань, що відповідає тій зірці хвильового вектора k*, яка домінує у відображенні структури близького порядку заміщення, при різних температурах загартування і відпалювання для сплаву ГЦК-Ni–Mo в рамках моделей кінетики першого і другого порядків [1, 4]. Природно, що такий хвильовий вектор k* може і має бути визначеним лише дифракційними методами в незалежному експерименті.

6. Продемонстровано, що обидві моделі (з двома і, навіть, з одним часом релаксації) описують (проте не в повній мірі) кінетику релаксації близького порядку, принаймні, в (реалістичному, але граничному) випадку бінарного сплаву, що складається із компонентів з суттєво різними рухливостями [1, 4]. Для більш строгого її опису слід користуватись («триекспонентною») моделлю третього порядку, в якій релаксаційна кінетика характеризується трьома «сценаріями» («паралельних» процесів, що протікають одночасно) і, відповідно, трьома часами релаксації.

7. З експериментальних результатів оцінено часи релаксації залишкового електроопору для ГЩВ-сплавів втілення LuH_0,180, LuH_0,254 в рамках моделі кінетики першого та другого порядків. Передбачено можливі зміни нормованої інтенсивності дифузного розсіяння випромінювання в цих твердих розчинах при заданих температурах. Типові результати свідчать про її зменшення із спадаючою швидкістю до асимптотичного значення, коли інтенсивність та питомий електроопір набувають рівноважних значень (при t ) [1, 5, 7]. Зменшення інтенсивності контролюється міграцією атомів H для досягнення рівноважного близького порядку.

8. В результаті оцінювання параметрів (арреніусівської) температурної залежності часу релаксації залишкового електроопору в рамках моделі кінетики першого і другого порядків для ГЩВ-сплавів втілення LuH_0,180 і LuH_0,254 встановлено, що значення енергії активації дифузії атомів {E_a} (а саме, 0,13–0,49 eВ при температурах T [160 K, 180 K]) є нижчим за високотемпературне (для T [380 K, 540 K]) значення енергії активації дифузії атомів H в низькоконцентрованому розчині LuH_0,05, тобто E_a =0,574± 0,015 eВ [1, 5, 7].

9. Опис іншими авторами експериментальних результатів щодо залежності залишкового електроопору від часу для ГЩВ-розчинів втілення Lu–H(D,T) в рамках степеневої моделі кінетики близького порядку є, ймовірно, обґрунтованим лише на великих часах (пізніх стадіях) процесу релаксації і/або при високих температурах. З іншого боку, в роботі, що захищається, запропоновано описати ці експериментальні дані в рамках альтернативних кінетичних моделей першого та (краще) другого порядків, обґрунтованих, починаючи вже з малих часів (на ранніх стадіях) релаксації, коли внесок близького атомного порядку (у координатному a(r)-представленні) в релаксацію залишкового електроопору може мати приблизно одноекспонентну або двоекспонентну поведінку в часі [1, 5, 7].

10. Обчислені в даній роботі значення часів релаксації питомого електроопору для розчинів LuH_0,180, LuH_0,254 перевищують відповідні значення для LuH_0,06, LuH_0,12, що може бути спричинено тим, що в більш концентрованих твердих розчинах втілення близький порядок (просторові флуктуації концентрації) та його термодинамічні флуктуації мають більш розвинений характер: у висококонцентрованих розчинах ГЩВ-Lu–H аномалія температурної залежності похідної по температурі від рівноважного залишкового електроопору (при постійній концентрації) в межах температурного «сегмента» 160–190 K є вираженою яскравіше, ніж в низько концентрованих розчинах (поряд із уже встановленими суттєвими особливостями дифузного розсіяння в них) [1, 5, 7].

11. З експериментальних даних про часову залежність інтенсивності дифузного розсіяння можна оцінити її (й параметрів близького порядку) рівноважні значення, що дозволяє кількісно коректно розрахувати температурозалежні енергетичні параметри міжатомної взаємодії в бінарному невпорядкованому сплаві, зокрема, ГЦК-сплаві заміщення Ni–Fe [6, 9].

12. Короткосяжний магнітний внесок у відповідну далекому атомному порядку фур’є-компоненту енергії «змішання» цього сплаву знижує температуру Курнакова, тобто перешкоджає атомному впорядкуванню [6, 9].

13. Наявність в цьому сплаві атомів зі спінами різної величини призводить до того, що його перехід із парамагнітного стану в магнітний може відбуватися переривчасто — зі стрибкуватим виникненням намагніченостей кожної з двох підсистем компонентів і сплаву в цілому [6, 9].

Отримані в процесі досліджень за темою дисертації основні наукові результати і положення відбито в таких роботах, опублікованих у науковій пресі:

1. Татаренко В.А., Радченко Т.М. Прямі й непрямі методи аналізу міжатомової взаємодії та кінетики релаксації близького порядку в щільно впакованих твердих розчинах заміщення (втілення) // Успехи физ. мет. – 2002. – 3, №2. – С. 111–236.

2. Tatarenko V.A., Radchenko T.M. Diffuse relaxation of short-range order parameters and the time evolution of diffuse radiation scattering in solid solutions // Defect and Diffusion Forum. – 2001. – 194–199. – Part 1. – P. 183–188.

3. Tatarenko V.A., Radchenko T.M. Wave-vector dependent kinetics of short-range ordering in binary solid solutions studied by diffuse scattering of radiations // Bulletin of Cherkasy State University. Physics. – 2001–2002. – 37–38. – P. 249–255.

4. Бокоч С.М., Кулиш Н.П., Радченко Т.М., Репецкий С.П., Татаренко В.А. Параметры релаксации электросопротивления и диффузного рассеяния в бинарных растворах замещения ГЦК-Ni–Mo // Металлофиз. новейшие технол. – 2002. – 24, №5. – С. 691–704.

5. Tatarenko V.A., Radchenko T.M. Kinetics of the hydrogen-isotopes short-range order in interstitial solid solutions h.c.p.-Ln–H(D,T) // Hydrogen Materials Science and Chemistry of Metal Hydrides: NATO Science Series, Series II: Mathematics, Physics and Chemistry, vol. 82 / Eds. T.N. Veziroglu et al. — Dordrecht, The Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 2002. — P. 123–132.

6. Татаренко В.А., Радченко Т.М. Параметри кінетики релаксації близького порядку й взаємодії атомів в бінарних ГЦК-твердих розчинах заміщення за даними про часову еволюцію дифузного розсіяння випромінювань // Металлофиз. новейшие технол. – 2002. – 24, – №10. – С. 1335–1351.

7. Татаренко В.А., Радченко Т.М. Кинетика ближнего упорядочения изотопов водорода в твердых растворах внедрения ГПУ-Ln–H(D,T) // Водородное материаловедение и химия гидридов металлов—ICHMS’2001: Расширенные тезисы VII Международ. конф.…, Алушта, Крым, Украина, 16–22 сент., 2001. — Киев: ADEF-Ukraine, 2001. — С. 226–227.

8. Radchenko T.M., Tatarenko V.A. Study of kinetics of the short-range order relaxation in f.c.c. solid solutions from neutron diffuse scattering and Mssbauer spectroscopy data // Abstracts of Fifth Seeheim Workshop on Mssbauer Spectroscopy. – Lufthansa Training Center, Seeheim (Germany). – 2002. – P. P-47.

9. Tatarenko V.A., Radchenko T.M. The application of radiation diffuse scattering to the calculation of phase diagrams of F.C.C. substitutional alloys // Book of Abstracts of Discussion Meeting on Thermodynamics of Alloys—TOFA 2002. – Sept. 8–13, 2002, Universit di Roma La Sapienza, Rome, Italy. – 2002. – P. PO 28.