By this author

IZMENENIE STRUKTURY I MIKROTVERDOSTI TANTALA V USLOVIYaKh IMPUL'SNYKh PUChKOVO-PLAZMENNYKh VOZDEYSTVIY RAZNOY INTENSIVNOSTI

Issue number 3 from 01.03.2024

Проведено исследование воздействия импульсных потоков высокотемпературной плазмы и ионов D+ и He+, генерируемых в двух установках Плазменный фокус с энергозапасом Е до ~1 MДж (установка ПФ-1000) и Е ≈ 5 кДж (ПФ «Вихрь»), на листовые образцы из тантала. Определены общие черты и различия в изменении микроструктуры, текстуры и микротвердости их поверхностных слоев после облучения. Выполнено численное моделирование воздействия быстрых ионов D+ и He+ на танталовую мишень в условиях, соответствующих проведенным экспериментам. Расчеты показали, что при облучении в режиме, реализованном на более мощной установке ПФ-1000, за 1 импульс испаряется поверхностный слой ~6 мкм, что превышает глубину проникновения ионов D+ и He+ с энергией 100 кэВ в танталовую мишень (1,1 мкм для D+ и 0,6 мкм для He+). В то же время в более мягком режиме облучения с использованием установки ПФ «Вихрь» толщина испаренного слоя (~0,5 мкм) меньше глубины проникновения ионов. Следствием этого являются более выраженные изменения в микроструктуре после облучения в ПФ «Вихрь»: появление множества кратеров (следов выхода имплантированного газа) и микротрещин, образованию которых способствуют дополнительные напряжения, создаваемые этими газами в тантале, а также термические напряжения, возникающие на стадии охлаждения. Имплантация газовых ионов приводит к увеличению микротвердости поверхностного слоя в образцах, облученных гелием или дейтерием в экспериментах на ПФ «Вихрь», в то время как после облучения дейтерием в установке ПФ-1000 микротвердость или не меняется, или незначительно снижается. В поверхностных слоях облученных образцов формируется текстура, обусловленная направленным теплоотводом при охлаждении и кристаллизации оплавленного слоя. Основной чертой изменений является увеличение интенсивности рефлексов от семейства плоскостей {211}, более выраженное в образцах, облученных в ПФ «Вихрь». Исследовано влияние типа рабочего газа (дейтерия или гелия) на микроструктуру, текстуру и микротвердость поверхностного слоя после облучения образцов тантала в установке ПФ «Вихрь». Заметной разницы в изменениях морфологии поверхности и текстуры при использовании дейтерия или гелия не обнаружено. В то же время микротвердость значительно больше повышается при использовании в качестве рабочего газа гелия, чем при использовании дейтерия.

39 0

VLIYaNIE MOShchNOGO IMPUL'SNOGO LAZERNOGO VOZDEYSTVIYa NA STRUKTURU I SVOYSTVA POVERKhNOSTNOGO SLOYa VANADIYa, PREDVARITEL'NO OBLUChENNOGO IONAMI INERTNYKh GAZOV (Obzor)

Issue number 1 from 01.01.2024

Обобщены результаты исследования, выполненного авторами по изучению влияния воздействия мощного лазерного излучения на морфологию и микротвердость поверхности ванадия, предварительно имплантированного ионами инертных газов (гелий и аргон). Облучение лазерными импульсами проводили в установке ГОС-1001 в режиме модулированной добротности (плотность мощности потока q = 1,2 × 1012 Вт/м2, длительность импульса 0 = 50 нс, число импульсов N = 1—4) в вакууме. Имплантацию ионов проводили в вакууме в ускорителе ИЛУ при разных режимах: He+ (энергия 30 кэВ, дозы 1,0 × 1022 и 2,0 × 1023 м–2 , плотность потока ионов 4,8 × 1018 м–2 × с–1, Тобл ≈ 500 K), Ar+ (энергия 20 кэВ, доза 1,0 × 1022 м–2, плотность потока ионов 6 × 1018 м–2 × с–1, Тобл ≈ 700 K). Микротвердость определяли двумя способами: по восстановленному отпечатку (HV) и методом кинетического индентирования (HV*). Показано, что при имплантации газов в ванадий в указанных режимах облучения на поверхности мишеней формируются разные структуры радиационного блистеринга, определяемые как непосредственно блистеринг (ионы He+ — доза 1,0× 1022 м–2), флекинг (ионы Ar+ — доза 1,0 × 1022 м–2) и поры (ионы He+ — доза 2,0 × 1023 м–2). Установлено, что характер повреждения мишеней после воздействия лазерного излучения как на исходные образцы, так и на предварительно облученные ионами газов идентичен: образование лунки, окруженной бруствером, за которым расположена зона термического влияния (ЗТВ), причем число импульсов и предварительное облучение газами влияют на размер лунки и общий размер разрушения: эти параметры увеличиваются. Рассмотрены особенности изменения морфологии и микротвердости поверхности мишеней как в лунке, так и в ЗТВ. Отмечено, что воздействие лазерного излучения приводит к увеличению эрозии материалов, предварительно облученных ионами. Обсуждаются механизмы наблюдаемых эффектов.

37 0