Отправить статью по E-mail ВЛИЯНИЕ МОЩНОГО ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ВАНАДИЯ, ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ОБЛУЧЕННОГО ИОНАМИ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ (Обзор)
- Авторы: Боровицкая И.В1, Коршунов С.Н2, Мансурова А.Н2, Бондаренко Г.Г3, Гайдар А.И4, Матвеев Е.В4, Казилин Е.Е1
-
Учреждения:
- ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
- НИЦ «Курчатовский институт»
- Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
- Научно-исследовательский институт перспективных материалов и технологий
- Выпуск: № 1 (2024)
- Страницы: 42-52
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0869-5733/article/view/255682
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0869573324014252
- ID: 255682
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Аннотация
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.
Полный текст
Об авторах
И. В Боровицкая
ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
Email: symp@imet.ac.ru
Москва, Россия
С. Н Коршунов
НИЦ «Курчатовский институт»
Email: symp@imet.ac.ru
Москва, Россия
А. Н Мансурова
НИЦ «Курчатовский институт»
Email: symp@imet.ac.ru
Москва, Россия
Г. Г Бондаренко
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Email: symp@imet.ac.ru
Москва, Россия
А. И Гайдар
Научно-исследовательский институт перспективных материалов и технологий
Email: symp@imet.ac.ru
Москва, Россия
Е. В Матвеев
Научно-исследовательский институт перспективных материалов и технологий
Email: symp@imet.ac.ru
Москва, Россия
Е. Е Казилин
ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
Email: symp@imet.ac.ru
Москва, Россия
Список литературы
- Гусева, М.И. Радиационный блистеринг / М.И. Гусева, Ю.В. Мартыненко // Успехи физических наук.1981. Т. 135. Вып. 4. С. 671—691.
- Бондаренко, Г.Г. Радиационная физика, структура и прочность твердых тел / Г.Г. Бондаренко. — М.:Издво Лаборатория знаний. 2016. 462 с.
- Данелян, Л.С. Влияние облучения ионами Ar+ на свойства поверхности ванадия и его сплавов / 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.
- Коршунов, С.Н. Синергетические эффекты при облучении металлов ионами разных элементов (H, He,Ar, C, N) / С.Н Коршунов, Ю.В Мартыненко, В.Г. Столярова // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2010.Вып. 4. С. 20—25.
- Мартыненко, Ю.В. Теория блистеринга / Ю.В Мартыненко. – М.: Препринт ИАЭ3145. 1979. 40 с.
- Мартыненко, Ю.В. Повреждение пластин дивертора при срывах / Ю.В Мартыненко // ВАНТ. Сер.Термоядерный синтез. 2021. Вып. 3. С. 111—116.
- Brezinseka, S. Surface modification of He preexposedtungsten samples by He plasma impact in the divertormanipulator of ASDEX Upgrade / S. Brezinseka,A. Hakola, H. Greuner, M. Balden, A. Kallenbach, M.Oberkofler, G. De Temmerman, D. Douai, A. Lahtinen,B. Bоswirth, D. Brida, R. Caniello, D. Carralero, S.Elgeti, K. Krieger, H. Mayer g , G. Meisl, S. Potzel, V.Rohde, B. Sieglin, A. Terra, R. Neu, Ch. Linsmeier //Nucl. Mater. Energy. 2017. №12. P. 575—581.
- Sinclair, G. Structural evolution of tungsten surfaceexposed to sequential lowenergy helium ionirradiation and transient heat loading / G. Sinclair,J.K. Tripathi, P.K. Diwakar, M. Wirtz, J. Linke, A.Hassanein // Nucl. Mater. Energy. 2017. № 12(С).P. 405—411. doi: 10.1016/j.nme.2017.03.003.
- Gonderman, S. Effects of in situ dual ion beam (He+and D+) irradiation with simultaneous pulsed heatloading on surface morphology evolution of tungsten–tantalum alloys / S. Gonderman, J. K. Tri pathi, G.Sinclair, T. J. Novakowski, T. Sizyuk, & A. Hassanein// Nucl. Fusion. 2017. V.58(2). 026016. doi: 10.1088/17414326/aa9e9b
- Боровицкая, И.В. Особенности повреждения поверхности ванадия при воздействии импульсного лазерного излучения / И.В. Боровицкая, С.Н. Коршунов, А.Н. Мансурова, В.В. Парамонова, Г.Г. Бондаренко, А.И Гайдар, Е.Е. Казилин // Поверхность.Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2020. № 5, С. 56—62.
- Боровицкая, И.В. Особенности структурных изменений в поверхностных слоях ванадия в условиях раздельного и последовательного воздействия ионов гелия и импульсного лазерного излучения / И.В.Боровицкая, С.Н. Коршунов, А.Н. Мансурова, В.В.Парамонова, Г.Г. Бондаренко, А.И Гайдар, Е.Е. Казилин // Поверхность. Рентгеновские. синхротронные и нейтронные исследования, 2021. № 4.С. 25—30.
- Боровицкая, И.В. Исследование комплексного воздействия интенсивных потоков ионов аргона и импульсного лазерного излучения на поверхность ванадия и сплавов на его основе / И.В. Боровицкая, С.Н. Коршунов, А.Н. Мансурова, Г.Г. Бондаренко, И.Е. Люблинский // ВАНТ. Сер. Термоядерныйсинтез. 2021. Т. 44. Вып. 3. С. 82—93.
- 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.
- Гусев, В.М. Ионный ускоритель ИЛУ на 100 кэВ с сепарацией по массе / В.М. Гусев, Н.П. Бушаров,С.М. Нафтулин, А.М. Проничев // ПТЭ. 1969. Т.4.С. 19.
- ГОСТ Р 8.748–2011 (ИСО 145771: 2002). Металлы и сплавы. Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. — М.: Стандартинформ. 2013.
- ГOСТ 8.904—2015 (ISO 145772:2015). Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. — М.: Стандартинформ. 2016.
- ГОСТ Р ИСО 65071—2007 Металлы и сплавы. Измерение твердости по Виккерсу. Часть 1. Метод измерения. — М.: Стандартинформ. 2008.
- ГОСТ 9450—76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. — М.: Издвостандартов. 1993. 36 с.
- Кузнецов, В.В. Эффекты фазовых переходов при воздействии на вещество энергии высокой плотности (на примере соударения металлов) / В.В. Кузнецов. — Новосибирск: АН СССР. СО. Институт геологии и геофизикию 1985. 72 с.
- Анисимов, С.И. Действие излучения большой мощности на металлы / С.И. Анисимов, С.И. Имас,52 „Металлы“. № 1. 2024 г. Я.А., Романов, Г.С., Ходыко Ю.В. — М.: Наука.1970. 272 с.
- Климов, Ю.М. Взаимодействие лазерного излучения с веществом : Учеб. пособие / Ю.М.Климов, В.С. Майоров, М.В. Хорошев. — М.: МИИГАиК. 2014.108 с.
- Криштал, М.А. Структура и свойства сплавов, обработанных излучением лазера / М.А. Криштал, А.А. Жуков, А.Н. Кокора. — М.: Металлургия.1973. 192 с.
- 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, Е.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// ФХОМ. 2017. № 4. С. 5—18.
- Боровицкая., И.В. Структурные изменения поверхности образцов ванадия под воздействием импульсных потоков высокотемпературной дейтериевой плазмы и ионов дейтерия / И.В. Боровицкая, Е.Н. Пименов, В.А. Грибков, М. Падух, Г.Г. Бондаренко, А.И. Гайдар, В.В. Парамонова, Е.В. Морозов //Металлы. 2017. № 6. С. 30—37.
- Пименов, В.Н. Повреждаемость ниобия импульсными потоками ионов гелия и гелиевой плазмы / В.Н. Пименов, И.В. Боровицкая, А.С. Демин, Н.А. Епифанов, С.В. Латышев, С.А. Масляев, Е.В. Морозов, И.П. Сасиновская, Г.Г. Бондаренко, А.И. Гайдар // ФХОМ. 2021. № 6. С. 5—21.
- 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. 1—9.
- Воробьев, Р.А. Исследование твердости и модуля упругости феррита методом кинетического индентирования / Р.А. Воробьев В.Н. Литовченко, В.Н. Дубинский // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. №5. Т. 82. С. 55—60.
- Боровицкая, И.В. Влияние облучения высокотемпературной импульсной дейтериевой плазмой на структуру и механические свойства поверхности сплавов систем CuGa И CuGaNi / 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. Демин, Н.А. Епифанов, Е.В. Морозов // Металлы. 2022. №1. С.55—64.
- Боровицкая, И.В., Исследование коррозионной стойкости ванадиевых сплавов в жидком литии / И.В. Боровицкая, И.Е. Люблинский, Г.Г. Бондаренко, В.В. Парамонова, С.Н. Коршунов, А.Н. Мансурова, М.М. Ляховицкий, М.Ю. Жарков // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2015. Т. 38, Вып. 1. С.15—21.
