Д. В. Харьков графит в науке и ядерной технике г. Новосибирск 013 Монография

3.2. Расчёт каскада смещений в графите 
3.2.1. Постановка задачи 
Известные методики расчета первичных радиационных дефектов, 
основанные на методе Монте-Карло MARLOW [102, 103], TRIM-91 [104], а 
также методики, разработанные в РФЯЦ ВНИИТФ: ATOCAS, TRCR2 [105], 
предназначены для оценки наработки дефектов от частиц относительно 
невысоких энергий, когда не столь важно учитывать флуктуации энергии в 

---

94 
процессе ионизационного торможения инициирующей частицы. В 
рассматриваемой задаче, по предварительным оценкам [106], учет 
флуктуаций потерь энергий, для дейтронов 40 МэВ, падающих на 
графитовую мишень может менять пиковое значение плотности дефектов на 
два порядка. На этом основании можно полагать, что в задачах, где 
принципиально важную роль играют ионизационные потери энергии, 
необходимо учитывать флуктуации потерь энергии на ионизацию и 
возбуждение атомов среды. 
К особенностям радиационного воздействия ионов дейтерия на 
материалы можно отнести следующее: большая часть энергии расходуется на 
ионизацию и возбуждение атомов среды E
i
, - процесс, который имеет 
статистический характер и приводит к разбросу не только термализованных 
внедренных ионов и энерговклада, но и формирует пространственную 
зависимость плотности смещенных атомов. Пространственная зависимость 
плотности дейтронов от глубины определяется не только средними потерями 
энергии на ионизацию и возбуждения атомов среды 
i
dE
dx
, но и угловым 
разбросом, который обусловлен упругими столкновениями, а также 
флуктуациями потерь энергии, вследствие статистического характера 
процесса торможения. Меньшая доля энергии E
d
дейтерия тратится на 
образование дефектов. Потери энергии ионов в результате образования 
дефектов 
также 
носят 
статистический 
характер, 
и 
формируют 
пространственную зависимость плотности дейтерия, а, следовательно, и 
пространственную зависимость плотности дефектов. Однако, в случае с 
достаточно высокими начальными энергиями дейтронов (в нашем случае 40 
МэВ) разброс плотности, обусловленный процессами дефектообразования 
(упругого взаимодействия дейтерия с ядрами среды) незначителен, а учет 
флуктуаций энергии может оказаться весьма важным для корректной оценки 
пространственной зависимости плотности дефектов и внедренных ядер 
дейтерия. 

---

95 
При проведении оценок роли учета флуктуации ионизационных потерь 
энергии на распределение плотности дефектов и внедренных атомов, в 
программу ATOCAS были введены возможности моделирования флуктуаций 
энергии по модели Вавилова и гауссовского распределения, а также введен 
учет малоуглового рассеяния при высоких энергиях ионов в гауссовом 
приближении. Кроме описанных выше изменений, моделирование 
траекторий дейтерия и выбитых ядер углерода производилось в соответствии 
со схемой, описанной в работе [105]. При этом для описания упругого 
рассеяния использовался потенциал Мольера, a для описания ионизационной 
тормозной способности использовалась модель Биерсакка [107] с 
корректирующим множителем при формуле Линхарда-Шарфа k/k
L
=1,25. 
3.2.2. Оценка полного количества смещений в графитовой мишени при 
облучении протонами
Графитовая мишень ( =1.85 г/см
3
) представляет собой колесо, 
вращающееся с частотой 1 Гц, радиусом 65 см и центр пучка находится на 
расстоянии 60 см от оси вращения мишени (рис. 3.8). Для расчёта были 
использованы следующие параметры: ток пучка дейтронов составлял 5 mА, 
распределение гауссовское, с плотностью: 
2
2
0
0
2
2
2
1
2
x x
y y
xy
f
e
(3.16) 
где (x
0
, y
0
) – координаты центра пучка, 
=1см; энергия дейтронов 
40МэВ; время работы пучка 10 000ч. Энергия смещения атомов бралась из 
расчетов молекулярной динамики (МД) 
согласно [108] и составляла E
d
=17 эВ.