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

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

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.

参考

  1. Конструкционные материалы ядерных реакторов: в 2 ч. Ч.II. Структура, свойства, назначение / под общ. ред. Н.М. Бескоровайного. — М. : Атомиздат, 1977. 256 с.
  2. Калин, Б.А. Материаловедческие проблемы экологии в области ядерной энергетики / Б.А. Калин, В.И. Польский, В.Л. Якушин, И.И. Чернов. — М. : НИЯУ МИФИ, 2010. 184 с.
  3. Murgatroyd, R.A. Technology and assessment of neutron absorbing materials / R.A. Murgatroyd, B.T. Kelly // Atomic Energy Rev. 1977. V.15. №1. P.3—74.
  4. Клочков, Е.П. Использование тантала для органов регулирования ядерных реакторов на быстрых нейтронах / Е.П. Клочков, Е.М. Муралева // Изв. Самар. науч. центра РАН. 2012. T.14. №4(4). С.975—979.
  5. Bachurina, D. Brazing tungsten/tantalum/RAFM steel joint for DEMO by fully reduced activation brazing alloy 48Ti-48Zr-4Be / D. Bachurina, A. Suchkov, J. Gurova, V. Kliucharev, V. Vorkel, M. Savelyev, P. Somov, O. Sevryukov // Metals (Basel). 2021. V.11. Art. 1417. DOI : 10.3390/met11091417.
  6. Gasparyan, Y. Deuterium retention in the elements of plasma facing components for the DEMO first wall / Y. Gasparyan, D. Bachurina, V. Efimov, J. Gurova, F. Podolyako, N. Sergeev, I. Sorokin, A. Suchkov, N. Bobyr, I. Kozlov, E. Kulikova, A. Spitsyn // J. Nucl. Mater. 2022. V.567. Art.153837.
  7. Bachurina, D. Joining of tungsten with lowactivation ferritic-martensitic steel and vanadium alloys for DEMO reactor / D. Bachurina, A. Suchkov, B. Kalin, O. Sevriukov, I. Fedotov, P. Dzhumaev, A. Ivannikov, M. Leont’eva-Smirnova, E. Mozhanov // Nucl. Mater. Energy. 2018. V.15. P.135—142.
  8. Byun, Thak Sang. Dose dependence of mechanical properties in tantalum and tantalum alloys after low temperature irradiation / Thak Sang Byun, Stuart A. Maloy // J. Nucl. Mater. 2008. V.377. P.72—79.
  9. Wen Yin. First-princi ples study of the interaction between helium and the defects in tantalum / Wen Yin, Xuejun Jia, Quanzhi Yu, Tianjiao Liang // J. Nucl. Mater. 2016. V.480. P.202—206.
  10. Caretta, O. Water erosion tests on a tantalum sample : A short communication / O. Caretta, T. Davenne, C.J. Densham // J. Nucl. Mater. 2017. V.492. P.52—55.
  11. Hosemann, P. Oxygen effects on irradiated tantalum alloys / P. Hosemann, S.A. Maloy, R.R. Greco, J.G. Swadener, T. Romero // J. Nucl. Mater. 2009. V.384. P.25—29.
  12. Савицкий, Е.М. Тугоплавкие металлы и сплавы / Е.М. Савицкий, Г.С. Бурханов, К.Б. Поварова [и др.]. — М. : Металлургия, 1986. 352 с.
  13. Грибков, А.А. Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки материалов / В.А. Грибков, Ф.И. Григорьев, Б.А. Калин, В.Л. Якушин. — М. : Изд-во Круглый год, 2001. 528 c.
  14. Грибков, В.А. Исследование повреждаемости материалов с использованием установки Плазменный фокус «Вихрь» / В.А. Грибков, И.В. Боровицкая, А.С. Дёмин, С.А. Масляев, Е.В. Морозов, В.Н. Пименов, Г.Г. Бондаренко, А.И. Гайдар // Зав. лаб. Диагн. матер. 2019. Т.85. №8. С.29—36.
  15. Грибков, В.А. Установка «Вихрь» типа «Плазменный фокус» для диагностики радиационно-термической стойкости материалов, перспективных для термоядерной энергетики и аэрокосмической техники / В.А. Грибков, И.В. Боровицкая, А.С. Демин, Е.В. Морозов, С.А. Масляев, В.Н. Пименов, А.В. Голиков, А.К. Дулатов, Г.Г. Бондаренко, А.И. Гайдар // Приборы и техника эксперимента. 2020. №1. С.75—83.
  16. Боровицкая, И.В. Воздействие импульсных потоков азотной плазмы и ионов азота на структуру и механические свойства ванадия / И.В. Боровицкая, В.Я. Никулин, Г.Г. Бондаренко, А.Б. Михайлова, П.В. Силин, А.И. Гайдар, В.В. Парамонова, Е.Н. Перегудова // Металлы. 2018. №2. С.54—64. —
  17. Пименов, В.Н. Повреждаемость ниобия импульсными потоками ионов гелия и гелиевой плазмы / В.Н. Пименов, И.В. Боровицкая, А.С. Дёмин, Н.А. Епифанов, С.В. Латышев, С.А. Масляев, Е.В. Морозов, И.П. Сасиновская, Г.Г. Бондаренко, А.И. Гайдар // ФиХОМ. 2021. №6. С.5—17.
  18. Грибков, В.А. Воздействие экстремальных потоков энергии на хромомарганцевую аустенитную сталь Х12Г14Н4ЮМ, модифицированную скандием / В.А. Грибков, А.С. Демин, Е.В. Демина, А.В. Дубровский, С.А. Масляев, В.Н. Пименов, М.Д. Прусакова, И.П. Сасиновская, М. Шольц, Л. Карпинский // ФиХОМ. 2012. №4. С.5—12.
  19. Пименов, В.Н. Воздействие импульсных потоков ионов дейтерия и дейтериевой плазмы на сплавы систем медь-никель и медь-никель-галлий / В.Н. Пименов, И.В. Боровицкая, В.А. Грибков, А.С. Демин, Н.А. Епифанов, С.А. Масляев, Е.В. Морозов, И.П. Сасиновская, Г.Г. Бондаренко, А.И. Гайдар, М. Падух // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2022. №1. C.41—50. DOI : 10.31857/S1028096022010150.
  20. Боровицкая, И.В. Повреждаемость поверхностного слоя сплава Инконель 718 импульсными пучковоплазменными потоками / И.В. Боровицкая, А.С. Демин, О.А. Комолова, С.В. Латышев, С.А. Масляев, И.С. Монахов, Е.В. Морозов, В.Н. Пименов, И.П. Сасиновская, Г.Г. Бондаренко, А.И. Гайдар, И.А. Логачев // ФиХОМ. 2023. №2. С.5—17. DOI : 10.30791/0015-3214-2023-2-5-17.
  21. Морозов, Е.В. Особенности повреждаемости и структурных изменений в поверхностном слое вольфрама при импульсном воздействии лазерного излучения, потоков ионов и плазмы / Е.В. Морозов, А.С. Демин, В.Н. Пименов, В.А. Грибков, В.В. Рощупкин, С.А. Масляев, С.В. Латышев, Е.В. Демина, Е.Е. Казилин, А.Г. Кольцов, Г.Г. Бондаренко, А.И. Гайдар. // ФиХОМ. 2017. №4. C.5—18.
  22. Gribkov, V.A. Plasma dynamics in PF-1000 device under full-scale energy storage : I. Pinch dynamics, shock-wave diffraction, and inertial electrode / V.A. Gribkov, B. Bienkowska, M Borowiecki, A.V. Dubrovsky, Ivanova-Stanik, L. Karpinski, R.A. Miklaszewski, M. Paduch, M. Scholz, K. Tomaszewski // J. Phys. D : Applied Physics. 2007. V.40. P.1977—1989. DOI : 10.1088/0022-3727/40/7/021.
  23. ГОСТ Р ИСО 6507-1—2007. Металлы и сплавы. Измерение твердости по Виккерсу. Ч.1. Метод измерения. — М. : Стандартинформ, 2008.
  24. ГОСТ 9450—76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. — М. : Изд-во стандартов, 1993. 36 с.
  25. Yovanovich, M. Microand macrohardness measurements, correlations, and contact models / M. Yovanovich // 44th AIAA aerospace sciences meeting and exhibit. 2006. V.979. P.1—28. https://doi.org/10.2514/6.2006-979.
  26. Грибков, В.А. Численное моделирование взаимодействия импульсных потоков энергии с материалом в установках Плазменный фокус / В.А. Грибков, С.В. Латышев, С.А. Масляев, В.Н. Пименов // ФиХОМ. 2011. №6. С.16—22.
  27. Латышев, С.В. Генерация ударных волн в материаловедческих экспериментах на установках Плазменный фокус / С.В. Латышев, В.А. Грибков, С.А. Масляев, В.Н. Пименов, М. Падух, Э. Желиньска // Перспективные материалы. 2014. №8. С.5—12.
  28. Физические величины : справочник / под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М. : Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.
  29. Новиков, И.И. Теория термической обработки / И.И. Новиков. — М. : Металлургия, 1986. 480 с.
  30. Поскакалов, А.Г. Изменение структуры приповерхностного слоя вольфрама и накопление дейтерия при импульсных плазменных нагрузках / А.Г. Поскакалов, Н.С. Климов, Ю.М. Гаспарян, О.В. Огородникова, В.С. Ефимов // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2018. Т.41. Вып.1. С.23—28. DOI : 10.21517/0202-3822-2018-41-1-23-28.
  31. Гусева, М.И. Радиационный блистеринг / М.И. Гусева, Ю.В. Мартыненко // Успехи физ. наук. 1981. Т.135. С.671—691.
  32. Боровицкая, И.В. Влияние облучения высокотемпературной импульсной дейтериевой плазмой на структуру и механические свойства поверхности сплавов систем Cu-Ga и Cu-Ga-Ni / И.В. Боровицкая, В.Н. Пименов, С.А. Масляев, А.Б. Михайлова, Г.Г. Бондаренко, Е.В. Матвеев, А.И. Гайдар, М. Падух, А.С. Дёмин, Н.А. Епифанов, Е.В. Морозов // Металлы. 2022. №1. С.55—64. —
  33. Боровицкая, И.В. Воздействие импульсных потоков ионов гелия и гелиевой плазмы на сплав Инконель 718 / И.В. Боровицкая, В.А. Грибков, К.В. Григорович, А.С. Демин, С.А. Масляев, Е.В. Морозов, В.Н. Пименов, Г.С. Спрыгин, А.Б. Цепелев, М.С. Гусаков, И.А. Логачев, Г.Г. Бондаренко, А.И. Гайдар // Металлы. 2018. №5. С.39—47. —
  34. Боровицкая, И.В. Влияние импульсных пучковоплазменных воздействий на структурные характеристики и механические свойства поверхностного слоя в сплаве Инконель 718 / И.В. Боровицкая, А.С. Демин, О.А. Комолова, С.В. Латышев, С.А. Масляев, А.Б. Михайлова, И.С. Монахов, Е.В. Морозов, В.Н. Пименов, Г.Г. Бондаренко, А.И. Гайдар, И.А. Логачев, Е.В. Матвеев // Металлы. 2023. №4. С.34—42. —
  35. Пименов, В.Н. Поверхностные эффекты при воздействии импульсных потоков ионов азота и азотной плазмы на сплав системы Ti-Al-V / В.Н. Пименов, В.В. Рощупкин, С.А. Масляев, Е.В. Демина, М.М. Ляховицкий, В.А. Грибков, А.В. Дубровский, И.П. Сасиновская // Перспективные материалы. 2011. №4. С.77—85.
  36. Боровицкая, И.В. Изменение морфологии и прочностных свойств поверхности ванадия при воздействии ионов гелия и импульсного лазерного излучения / И.В. Боровицкая, С.Н. Коршунов, А.Н. Мансурова, Г.Г. Бондаренко, А.И. Гайдар, Е.В. Матвеев, Е.Е. Казилин // Поверхность, рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2023. №1. С.67—73.
  37. Данелян, Л.С. Влияние облучения ионами Ar+ на свойства поверхности ванадия и его сплавов / Л.С. Данелян, С.Н. Коршунов, А.Н. Мансурова, В.В. Затекин, В.С. Куликаускас, И.В. Боровицкая, Л.И. Иванов, В.В. Парамонова, М.М. Ляховицкий // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2011. Вып.2. С.46—52.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».