Особливості просторового розподілу механізмів впливу сильнострумових релятивістських електронних пучків на алюмінієві сплави

У роботі вивчені особливості розподілу по глибині мішені ділянок з різноманітною внутрішньою структурою, яка утворюється в алюмінієвому сплаві 1933 внаслідок опромінення сильнострумовим релятивістським електронним пучком. З застосуванням оптичною та растрової електронної мікроскопії ідентифіковані д...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2018
Автори:	Донець, С.Є., Хородек, П.Р., Клепіков, В.Ф., Кобець, А.Г., Литвиненко, В.В., Лонін, Ю.Ф., Пономарьов, А.Г., Старцев, О.А., Уваров, В.Т.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2018
Назва видання:	Журнал физики и инженерии поверхности
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168191
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Особливості просторового розподілу механізмів впливу сильнострумових релятивістських електронних пучків на алюмінієві сплави / С.Є. Донець, П.Р. Хородек, В.Ф. Клепіков, А.Г. Кобець, В.В. Литвиненко, Ю.Ф. Лонін, А.Г. Пономарьов, О.А. Старцев, В.Т. Уваров // Журнал фізики та інженерії поверхні. — 2018. — Т. 3, № 2. — С. 50-56. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-168191
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1681912025-02-09T10:08:10Z Особливості просторового розподілу механізмів впливу сильнострумових релятивістських електронних пучків на алюмінієві сплави Особенности пространственного распределения механизмов влияния сильноточных релятивистских электронных пучков на алюминиевые сплавы Particularities of spatial distribution of mechanisms of the high-current relativistic electron beams influence on aluminum alloys Донець, С.Є. Хородек, П.Р. Клепіков, В.Ф. Кобець, А.Г. Литвиненко, В.В. Лонін, Ю.Ф. Пономарьов, А.Г. Старцев, О.А. Уваров, В.Т. У роботі вивчені особливості розподілу по глибині мішені ділянок з різноманітною внутрішньою структурою, яка утворюється в алюмінієвому сплаві 1933 внаслідок опромінення сильнострумовим релятивістським електронним пучком. З застосуванням оптичною та растрової електронної мікроскопії ідентифіковані ділянки, які відповідають повному гальмівному шляху електронів та суміжній ділянці інтенсивного термічного впливу. На більш віддаленій ділянці, що ймовірно підлягала ударно-акустичному впливу пучка методом позитронної анігіляційної спектроскопії ідентифіковано більш високу концентрацію вакансій. В работе изучены особенности распределения по глубине мишени участков с отличающейся внутренней структурой, которая образовалась в алюминиевом сплаве 1933 вследствие облучения сильноточным релятивистским электронным пучком. С применением оптической и растровой электронной микроскопии идентифицированы участки, которые соответствуют полному тормозному пути электронов и смежному участку интенсивного термического влияния. На более удаленном участке, который вероятно был подвергнут ударно-акустическому воздействию пучка методом позитронной аннигиляционной спектроскопии идентифицировано более высокое значение концентрации вакансий. This paper presents a study of spatial distributions of modification mechanisms in the aluminum alloy 1933 after highcurrent relativistic electron beam irradiation. Having used optical and scanning electron microscopy, some characteristic areas were identified which correspond to the complete electron stopping path and the adjacent zone of intense thermal effect. A higher concentration of vacancies was observed at a more distant regions using the positron annihilation spectroscopy method. It was hypothesized that the effect was caused by the shock-acoustic impact. 2018 Article Особливості просторового розподілу механізмів впливу сильнострумових релятивістських електронних пучків на алюмінієві сплави / С.Є. Донець, П.Р. Хородек, В.Ф. Клепіков, А.Г. Кобець, В.В. Литвиненко, Ю.Ф. Лонін, А.Г. Пономарьов, О.А. Старцев, В.Т. Уваров // Журнал фізики та інженерії поверхні. — 2018. — Т. 3, № 2. — С. 50-56. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 2519-2485 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168191 536.2, 538.9, 53.06 uk Журнал физики и инженерии поверхности application/pdf Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	У роботі вивчені особливості розподілу по глибині мішені ділянок з різноманітною внутрішньою структурою, яка утворюється в алюмінієвому сплаві 1933 внаслідок опромінення сильнострумовим релятивістським електронним пучком. З застосуванням оптичною та растрової електронної мікроскопії ідентифіковані ділянки, які відповідають повному гальмівному шляху електронів та суміжній ділянці інтенсивного термічного впливу. На більш віддаленій ділянці, що ймовірно підлягала ударно-акустичному впливу пучка методом позитронної анігіляційної спектроскопії ідентифіковано більш високу концентрацію вакансій.
format	Article
author	Донець, С.Є. Хородек, П.Р. Клепіков, В.Ф. Кобець, А.Г. Литвиненко, В.В. Лонін, Ю.Ф. Пономарьов, А.Г. Старцев, О.А. Уваров, В.Т.
spellingShingle	Донець, С.Є. Хородек, П.Р. Клепіков, В.Ф. Кобець, А.Г. Литвиненко, В.В. Лонін, Ю.Ф. Пономарьов, А.Г. Старцев, О.А. Уваров, В.Т. Особливості просторового розподілу механізмів впливу сильнострумових релятивістських електронних пучків на алюмінієві сплави Журнал физики и инженерии поверхности
author_facet	Донець, С.Є. Хородек, П.Р. Клепіков, В.Ф. Кобець, А.Г. Литвиненко, В.В. Лонін, Ю.Ф. Пономарьов, А.Г. Старцев, О.А. Уваров, В.Т.
author_sort	Донець, С.Є.
title	Особливості просторового розподілу механізмів впливу сильнострумових релятивістських електронних пучків на алюмінієві сплави
title_short	Особливості просторового розподілу механізмів впливу сильнострумових релятивістських електронних пучків на алюмінієві сплави
title_full	Особливості просторового розподілу механізмів впливу сильнострумових релятивістських електронних пучків на алюмінієві сплави
title_fullStr	Особливості просторового розподілу механізмів впливу сильнострумових релятивістських електронних пучків на алюмінієві сплави
title_full_unstemmed	Особливості просторового розподілу механізмів впливу сильнострумових релятивістських електронних пучків на алюмінієві сплави
title_sort	особливості просторового розподілу механізмів впливу сильнострумових релятивістських електронних пучків на алюмінієві сплави
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate	2018
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168191
citation_txt	Особливості просторового розподілу механізмів впливу сильнострумових релятивістських електронних пучків на алюмінієві сплави / С.Є. Донець, П.Р. Хородек, В.Ф. Клепіков, А.Г. Кобець, В.В. Литвиненко, Ю.Ф. Лонін, А.Г. Пономарьов, О.А. Старцев, В.Т. Уваров // Журнал фізики та інженерії поверхні. — 2018. — Т. 3, № 2. — С. 50-56. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.
series	Журнал физики и инженерии поверхности
work_keys_str_mv	AT donecʹsê osoblivostíprostorovogorozpodílumehanízmívvplivusilʹnostrumovihrelâtivístsʹkihelektronnihpučkívnaalûmíníêvísplavi AT horodekpr osoblivostíprostorovogorozpodílumehanízmívvplivusilʹnostrumovihrelâtivístsʹkihelektronnihpučkívnaalûmíníêvísplavi AT klepíkovvf osoblivostíprostorovogorozpodílumehanízmívvplivusilʹnostrumovihrelâtivístsʹkihelektronnihpučkívnaalûmíníêvísplavi AT kobecʹag osoblivostíprostorovogorozpodílumehanízmívvplivusilʹnostrumovihrelâtivístsʹkihelektronnihpučkívnaalûmíníêvísplavi AT litvinenkovv osoblivostíprostorovogorozpodílumehanízmívvplivusilʹnostrumovihrelâtivístsʹkihelektronnihpučkívnaalûmíníêvísplavi AT lonínûf osoblivostíprostorovogorozpodílumehanízmívvplivusilʹnostrumovihrelâtivístsʹkihelektronnihpučkívnaalûmíníêvísplavi AT ponomarʹovag osoblivostíprostorovogorozpodílumehanízmívvplivusilʹnostrumovihrelâtivístsʹkihelektronnihpučkívnaalûmíníêvísplavi AT starcevoa osoblivostíprostorovogorozpodílumehanízmívvplivusilʹnostrumovihrelâtivístsʹkihelektronnihpučkívnaalûmíníêvísplavi AT uvarovvt osoblivostíprostorovogorozpodílumehanízmívvplivusilʹnostrumovihrelâtivístsʹkihelektronnihpučkívnaalûmíníêvísplavi AT donecʹsê osobennostiprostranstvennogoraspredeleniâmehanizmovvliâniâsilʹnotočnyhrelâtivistskihélektronnyhpučkovnaalûminievyesplavy AT horodekpr osobennostiprostranstvennogoraspredeleniâmehanizmovvliâniâsilʹnotočnyhrelâtivistskihélektronnyhpučkovnaalûminievyesplavy AT klepíkovvf osobennostiprostranstvennogoraspredeleniâmehanizmovvliâniâsilʹnotočnyhrelâtivistskihélektronnyhpučkovnaalûminievyesplavy AT kobecʹag osobennostiprostranstvennogoraspredeleniâmehanizmovvliâniâsilʹnotočnyhrelâtivistskihélektronnyhpučkovnaalûminievyesplavy AT litvinenkovv osobennostiprostranstvennogoraspredeleniâmehanizmovvliâniâsilʹnotočnyhrelâtivistskihélektronnyhpučkovnaalûminievyesplavy AT lonínûf osobennostiprostranstvennogoraspredeleniâmehanizmovvliâniâsilʹnotočnyhrelâtivistskihélektronnyhpučkovnaalûminievyesplavy AT ponomarʹovag osobennostiprostranstvennogoraspredeleniâmehanizmovvliâniâsilʹnotočnyhrelâtivistskihélektronnyhpučkovnaalûminievyesplavy AT starcevoa osobennostiprostranstvennogoraspredeleniâmehanizmovvliâniâsilʹnotočnyhrelâtivistskihélektronnyhpučkovnaalûminievyesplavy AT uvarovvt osobennostiprostranstvennogoraspredeleniâmehanizmovvliâniâsilʹnotočnyhrelâtivistskihélektronnyhpučkovnaalûminievyesplavy AT donecʹsê particularitiesofspatialdistributionofmechanismsofthehighcurrentrelativisticelectronbeamsinfluenceonaluminumalloys AT horodekpr particularitiesofspatialdistributionofmechanismsofthehighcurrentrelativisticelectronbeamsinfluenceonaluminumalloys AT klepíkovvf particularitiesofspatialdistributionofmechanismsofthehighcurrentrelativisticelectronbeamsinfluenceonaluminumalloys AT kobecʹag particularitiesofspatialdistributionofmechanismsofthehighcurrentrelativisticelectronbeamsinfluenceonaluminumalloys AT litvinenkovv particularitiesofspatialdistributionofmechanismsofthehighcurrentrelativisticelectronbeamsinfluenceonaluminumalloys AT lonínûf particularitiesofspatialdistributionofmechanismsofthehighcurrentrelativisticelectronbeamsinfluenceonaluminumalloys AT ponomarʹovag particularitiesofspatialdistributionofmechanismsofthehighcurrentrelativisticelectronbeamsinfluenceonaluminumalloys AT starcevoa particularitiesofspatialdistributionofmechanismsofthehighcurrentrelativisticelectronbeamsinfluenceonaluminumalloys AT uvarovvt particularitiesofspatialdistributionofmechanismsofthehighcurrentrelativisticelectronbeamsinfluenceonaluminumalloys
first_indexed	2025-11-25T16:15:59Z
last_indexed	2025-11-25T16:15:59Z
_version_	1849779668464435200
fulltext	Journal of Surface Physics and Engineering, 2018, vol. 3, No. 2, pp. 50-56 © С. Є. Донець, П. Р. Хородек, В. Ф. Клепіков та ін., 2018 50 УДК 536.2, 538.9, 53.06 ОСОБЛИВОСТІ ПРОСТОРОВОГО РОЗПОДІЛУ МЕХАНІЗМІВ ВПЛИВУ СИЛЬНОСТРУМОВИХ РЕЛЯТИВІСТСЬКИХ ЕЛЕКТРОННИХ ПУЧКІВ НА АЛЮМІНІЄВІ СПЛАВИ С. Є. Донець1, П. Р. Хородек2, 3, В. Ф. Клепіков1, А. Г. Кобець1, 2, В. В. Литвиненко1, Ю. Ф. Лонін4, А. Г. Пономарьов4, О. А. Старцев1, В. Т. Уваров4 1Інститут електрофізики і радіаційних технологій НАН України, вул. Гуданова, 13, 61024, Харків, Україна 2Об’єднаний інститут ядерних досліджень, вул. Жоліо Кюрі, 6, 141980, Дубна, Московська область, Російська Федерація 3Інститут ядерної фізики Польської академії наук, вул. Валерія Еліяша-Радзіковського, 152, 31342 Краків, Польща 4Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України, вул. Академічна, 1, 61108, Харків, Україна E-mail: vvlytvynenko@ukr.net Надійшла до редакції 12.04.2018 У роботі вивчені особливості розподілу по глибині мішені ділянок з різноманітною внутрішньою структурою, яка утворюється в алюмінієвому сплаві 1933 внаслідок опромінення сильнострумовим релятивістським елект- ронним пучком. З застосуванням оптичною та растрової електронної мікроскопії ідентифіковані ділянки, які відповідають повному гальмівному шляху електронів та суміжній ділянці інтенсивного термічного впливу. На більш віддаленій ділянці, що ймовірно підлягала ударно-акустичному впливу пучка методом позитронної анігі- ляційної спектроскопії ідентифіковано більш високу концентрацію вакансій. Ключові слова: позитронна анігіляційна спектроскопія, сильнострумові електронні пучки, дефекти, алюміній. PARTICULARITIES OF SPATIAL DISTRIBUTION OF MECHANISMS OF THE HIGH-CURRENT RELATIVISTIC ELECTRON BEAMS INFLUENCE ON ALUMINUM ALLOYS Stanislav Donets1, Pawel Horodek2, 3, Viacheslav Klepikov1, Andriy Kobets1, 2, Volodymyr Lytvynenko1, Yuriy Lonin4, Аnatoliy Ponomarev4, Oleksandr Startsev1, Viktor Uvarov4 1Institute of Electrophysics & Radiation Technologies National Academy of Sciences of Ukraine, 13 Gudanova Str., 61024, Kharkiv, Ukraine 2Joint Institute for Nuclear Research, 6 Joliot Curie Str., 141980 Dubna, Moscow region, Russian Federation 3Institute of Nuclear Physics of the Polish Academy of Sciences, 152 Valery Eliasz-Radzikowsky Str., 31-342 Krakow, Poland 4NSC «Kharkiv Institute of Physics and Technology» National Academy of Sciences of Ukraine, 1 Academic Str., 61108, Kharkiv, Ukraine This paper presents a study of spatial distributions of modification mechanisms in the aluminum alloy 1933 after high- current relativistic electron beam irradiation. Having used optical and scanning electron microscopy, some characteristic areas were identified which correspond to the complete electron stopping path and the adjacent zone of intense thermal effect. A higher concentration of vacancies was observed at a more distant regions using the positron annihilation spec- troscopy method. It was hypothesized that the effect was caused by the shock-acoustic impact. Keywords: positron annihilation spectroscopy, high-current electron beams, defects, aluminum. ОСОБЛИВОСТІ ПРОСТОРОВОГО РОЗПОДІЛУ МЕХАНІЗМІВ ВПЛИВУ СИЛЬНОСТРУМОВИХ РЕЛЯТИВІСТСЬКИХ ЕЛЕКТРОННИХ ПУЧКІВ НА АЛЮМІНІЄВІ СПЛАВИ JSPE, 2018, vol. 3, No. 1-2 51 ОСОБЕННОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ ВЛИЯНИЯ СИЛЬНОТОЧНЫХ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ НА АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ С. Е. Донец1, П. Р. Хородек2, 3, В. Ф. Клепиков1, А. Г. Кобец1, 2, В. В. Литвиненко1, Ю. Ф. Лонин4, А. Г. Пономарев4, А. А. Старцев1, В. Т. Уваров4 1Институт электрофизики и радиационных технологий НАН Украины, ул. Гуданова, 13, 61024, Харьков, Украина 2Обьеднаний институт ядерных исследований, ул. Жолио Кюри, 6, 141980, Дубна, Московская область, Российская Федерация 3Институт ядерной физики Польской академии наук, ул. Валерия Елиаша-Радзиковского, 152, 31342 Краков, Польша 4Национальний научный центр «Харьковский физико-технический институт» НАН Украины, ул. Академическая, 1, 61108, Харьков, Украина В работе изучены особенности распределения по глубине мишени участков с отличающейся внутренней струк- турой, которая образовалась в алюминиевом сплаве 1933 вследствие облучения сильноточным релятивистским электронным пучком. С применением оптической и растровой электронной микроскопии идентифицированы участки, которые соответствуют полному тормозному пути электронов и смежному участку интенсивного тер- мического влияния. На более удаленном участке, который вероятно был подвергнут ударно-акустическому воз- действию пучка методом позитронной аннигиляционной спектроскопии идентифицировано более высокое зна- чение концентрации вакансий. Ключевые слова: позитронная анннигляционная спектроскопия, сильноточные электронные пучки, дефекты, алюминий. ORCID IDs Stanislav Donets: https://orcid.org/0000-0002-1258-1434 Pawel Horodek: http://orcid.org/0000-0002-8092-6561 Viacheslav Klepikov: https://orcid.org/0000-0003-0294-7022 Andriy Kobets: https://orcid.org/0000-0003-2185-4606 Volodymyr Lytvynenko: https://orcid.org/0000-0003-4850-2555 Yuriy Lonin: https://orcid.org/0000-0003-2601-5035 Аnatoliy Ponomarev: https://orcid.org/0000-0001-6914-6057 Oleksandr Startsev: https://orcid.org/0000-0002-0139-2187 Viktor Uvarov: https://orcid.org/0000-0002-3435-2077 ВСТУП На даний час суспільство стикається з про- блемою пошуку балансу між зростаючими потребами в енергії, впливом на довкілля домінуючих технологій генерації та необхід- ністю дотримуватися припустимих меж ви- датків на розвідку і видобуток сировини. Не- обхідно вживати заходи стосовно запобіган- ня забрудненню навколишнього середовища, забезпечуючи належну безпеку життєдіяль- ності людини. Не зважаючи на стрімкий роз- виток альтернативних джерел енергії, їх пи- тома вага в балансі виробництва ще не скоро стане домінуючою, тоді як потреби людства в енергоносіях постійно зростають, що також корелюється з постулатами підвищення яко- сті життя і безпеки життєдіяльності. Домі- нуючими способами генерації електроенергії в світі та Україні є атомна і теплова енерге- тика. В Україні питома вага атомної енерге- тики складає понад 50 %. Теплова енергети- ка перебуває в складному стані не тільки че- рез застарілість енергетичного обладнання, але й проблему постачання проектного ву- гілля, поклади якого знаходяться на тимча- сово неконтрольованих територіях. Основною екологічною проблемою атом- ної енергетики є утворення радіоактивного відпрацьованого ядерного палива. Серед стратегічних підходів, щодо її подолання протягом декількох десятиріч розглядається конструкція реактора, сполученого з приско- рювачем заряджених частинок, який би міг ініціювати реакції поділу в радіонуклідах з С. Є. ДОНЕЦЬ, П. Р. ХОРОДЕК, В. Ф. КЛЕПІКОВ, А. Г. КОБЕЦЬ, В. В. ЛИТВИНЕНКО, Ю. Ф. ЛОНІН, А. Г. ПОНОМАРЬОВ, О. А. СТАРЦЕВ, В. Т. УВАРОВ JSPE, 2018, vol. 3, No. 2 52 високим періодом напіврозпаду, призводячи утворення стабільних елементів [1]. В той же час непередбачуваність процесів у світовому океані призвела до масштабної аварії на атомній електростанції (АЕС) Фукусіма – 1. [2]. Ця трагічна подія дала підставу для ви- сновку, що аварійні ситуації виникають вна- слідок нехтування чинниками, які є мало- ймовірними або ймовірність яких співвимір- на з флуктуаційним фоном. До речі, доціль- ність перегляду ймовірнісного підходу до безпеки АЕС детально обговорюється в ро- боті [3]. Сценарій розвитку аварії полягав в тому, що поштовх магнітудою в 9 балів на відстані близько 150 км від станції, був заре- єстрований сейсмодатчиками, що передбача- ло вимкнення системи аварійного захисту і зупинку реакторів з переходом системи охо- лодження активної зони на живлення від ди- зель генераторів. Але цунамі висотою в 14- 15 метрів затопило прибережні дизельні ста- нції, оскільки захисна дамба проектувалась на висоту цунамі близько 6 метрів. Відсутність охолодження ініціює перебіг паро-цирконієвої реакції [4], яка спричиняє підвищення температури, руйнування стінок тепловидільних елементів, та виділення вод- ню з подальшим його вибухом. Таким чи- ном, розробка ядерно-енергетичних устано- вок майбутнього з більш високим рівнем на- дійності та безпечності передбачає їх випро- бування на стійкість в умовах впливу як екс- тремальних чинників, так і штатних наван- тажень. МАТЕРІАЛ ТА МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ Дослідний зразок – квадратна пластина з алюмінієвого сплаву товщиною ~ 2 мм і до- вжиною сторони ~ 10 мм має елементний склад зазначений у табл. 1 [1]. Таблиця 1 Cклад алюмінієвого сплаву 1933 в % мас. Елемент Zn Mg Cu Mn Fe Si Ti Cr Zr Al % 6.35 1.6 1 0.1 0.2 0.1 0.06 0.05 0.1 ~90 Опромінення одним імпульсом здійснено на прискорювачі електронів «ТЕМП-А» ННЦ «Харківський фізико-технічний інсти- тут» за наступних параметрів: тиск в камері 10-5 Тор, енергія електронів ~ 0.35 МеВ, струм пучка ~ 2 кА, тривалість опромінення -5 мкс, потужність 1012 В/м2. Тривалість ім- пульсу τimp була значно довшою ніж час еле- ктрон-фононної релаксації τr (10-11 с). Гаусо- подібний холівський пучок мав внутрішній радіус 15 мм; зовнішній радіус 23 мм. Густи- на енергії виділена на поверхні була не бі- льше ніж 5 МДж/м2. Лінійні розміри пласти- ни були більшими за характерні розміри об- ласті взаємодії. Растрову електронну мікро- скопії проводили на приладі JEOL – 840. Концентрацію вакансій оцінювали на уста- новці LEPTA Об’єднаного інституту ядерних досліджень, м. Дубна. ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ Внаслідок опромінення зразка сильностру- мовим електронним пучком утворився кра- тер глибиною 0.4 мм в епіцентрі опромінен- ня. Руйнування зразку відбулось у змішано- му режимі з елементами як теплового, так і гідродинамічного режимів [6,7], що експе- риментально підтвердилось одночасною ге- нерацією великої кількості рідкої фази і га- зоподібних продуктів. На початку обробки, після перевищення характерного порогу по- тужності пучка, який визначає перехід від десорбції поверхні до руйнування поверхні, абляція зразка відбувається в тепловому ре- жимі. Продукти абляції є переважно газопо- дібними. Далі, при великих потоках існує певна критична густина енергії ε*, яка зале- жить від форми, тривалості імпульсу, і також від теплофізичних параметрів матеріалу для обробки. Після досягнення цієї характерної величини відбувається інтенсивне плавлення мішені з вибуховим характером у гідродина- мічному режимі. Здійснено металографічні дослідження поперечного зрізу мішені (рис. 1а) та дослі- дження застиглої каплі розплаву на поверхні неподалік від кратеру в зоні брустверу ОСОБЛИВОСТІ ПРОСТОРОВОГО РОЗПОДІЛУ МЕХАНІЗМІВ ВПЛИВУ СИЛЬНОСТРУМОВИХ РЕЛЯТИВІСТСЬКИХ ЕЛЕКТРОННИХ ПУЧКІВ НА АЛЮМІНІЄВІ СПЛАВИ JSPE, 2018, vol. 3, No. 1-2 53 (рис. 1б). Зі шліфу очевидно прослідкову- ються три відмінні з внутрішньою структу- рою зони (рис. 1а). Мікрорельєф ударного зламу каплі є ямковий, з безструктурними ділянками, які чергуються. Характер струк- тури каплі подібний до області загартування, горизонтальна (паралельно поверхні) симет- рія мікроструктури менше виражена у порів- нянні з вертикальною симетрією, що вказує на те, що капля сформувалась шляхом кон- денсації викинутого оплавленого матеріалу. Структурі каплі характерна незначна порис- тість, зерна є сильно розорієнтованими. Зна- чних протяжних тріщин не зафіксовано, на- явні міжкристалітні руйнування. а) б) Рис. 1. а) поперечний шліф мішені б) злам застиглої каплі на поверхні опроміненого зразку Значення поглиненої дози визначає пере- біг процесів в опромінюваній мішені. Якщо величина дози є достатньою для локального розплавлення, модифікуючий вплив відбува- ється лише за тепловим та термопружним механізмами. Якщо ж відбувається розплав- лення мішені, тоді додатково має місце гід- родинамічний режим. Таким чином, в нашо- му випадку модифікуючий вплив пучка по- лягав у змішаному режимі [8], Такий особ- ливий механізм руйнування і модифікації став основною причиною формування уніка- льної та складної структури опроміненого об’єму. Нами досліджена природа попере- чних зламів опроміненого та неопроміненого сплаву (рис. 2). Зона пучкового переплаву має щільно упаковану, дрібнозернисту, безпорувату мік- роструктуру, яка складається з розорієнтова- них зерен з лінійними розмірами 1-3 мкм. Її злам є ямковим, а механізм руйнування – квазів’язким. Товщина зони переплаву ста- новить близько 200 мкм. Вона сформувалась як результат високошвидкісного охолоджен- ня і зворотної конденсації ежектованого, аб- льованого матеріалу. Ця область має певне відшарування від основного матеріалу міше- ні. а) б) Рис. 2. Злам в зоні пучкового переплаву (а- опроміне- ний матеріал, б – початкова структура) Область теплового впливу з товщиною до 400 мкм утворилась завдяки впливу швидкої теплової фіксації результатів впливу ударних хвиль на розплав (рис. 3). Ця область моди- фікованого об’єму характеризується мікро- пластичним механізмом зламу та безпорува- тою дрібнозернистою мікроструктурою си- льно оплавлених фасеток з середнім ліній- ним розміром 1 мкм, без виділеної орієнтації зерен. Рис. 3. Злам в зоні теплового впливу пучка Проведені нами дослідження підтвер- джують спостереження зроблені в роботі [9], стосовно того, що обробка сильнострумовим пучком утворює зону радіаційного впливу, зону теплового впливу та зону ударно- хвильового впливу. Однак, ми не знайшли суттєвих відмінностей між неопроміненою зоною та зоною ударно-хвильової дії. С. Є. ДОНЕЦЬ, П. Р. ХОРОДЕК, В. Ф. КЛЕПІКОВ, А. Г. КОБЕЦЬ, В. В. ЛИТВИНЕНКО, Ю. Ф. ЛОНІН, А. Г. ПОНОМАРЬОВ, О. А. СТАРЦЕВ, В. Т. УВАРОВ JSPE, 2018, vol. 3, No. 2 54 В нашому випадку модифікований об’єм складається з зон пучкового переплаву, теп- лової дії і ударно-хвильової дії, які відрізня- ються одна від одної своїми мікрострукту- рою, хімічним складом, механізмом зламу, концентрацією та типом дефектів. У зоні теплової та ударно-хвильової дії помітні впорядковані шари паралельно пове- рхні з товщиною 5-30 мкм. Для немодифіко- ваної частини мішені характерна добре ор- ганізована структура фасеток квазісколу з лінійним розміром фасеток в інтервалі 0.6- 1.5 мкм. У мікроструктурі необробленого сплаву помітні ямки, відстань між якими 5- 10 мкм, розмір ямок ~ 2-3 мкм, а також греб- ні відриву з характерною відстанню один від одного ~ 10 мкм. Зазначена зміна мікроструктури сплаву 1933 свідчить про те, що СРЕП-обробка за- безпечує суттєве підвищення мікров’язких властивостей сплаву 1933. Разом з тим, є актуальним дослідження ефектів від впливу ударно-акустичних хвиль, що виникають в опромінюваних мішенях в понадпробігових областях. Для цього були провели дослідження за допомогою позит- ронно-анігіляційної спектроскопії (ПАС) на комплексі LEPTA (Об’єднаного інституту ядерних досліджень, м. Дубна) [10]. ПАС метод є чутливим до наявності дефектів в матеріалах. Його добре поставлене вимірю- вання дозволяє детектувати недосконалість кристалічної ґратки розміром з константу ґратки, зокрема, він застосовувався для ви- вчення дефектів, що утворювались внаслідок опромінення сплавів потоками іонів [7]. Дослідження кутових кореляцій анігіля- ційних квантів, змін енергій та часу життя є основою трьох технік ПАС [5]. У нашій ро- боті, ми досліджували лише допплерівське розширення анігіляційних ліній. Техніка допплерівського розширення ані- гіляційних ліній використовується для дете- ктування концентрацій таких дефектів як ва- кансій та їх накопичень. Сигнал від анігіляції захопленого позитрону, що зумовлює роз- ширення 511 кеВ лінії, відносно більший ніж сигнал, що відповідає анігіляції з електрона- ми ядер, Іншими словами, чим більше дефе- ктів зразку, тим менше розширення 511 кеВ лінії. Практично, інформація про концентрацію дефектів отримується з аналізу форми анігі- ляціійної лінії, шляхом розрахунку двох ва- жливих параметрів, що називаються відпові- дно s і w. Параметр s визначає пропорцію анігіляцій позитронів з низькими імпульсами Це тісно зв’язано з концентрацією дефектів в матеріалі. Він визначається як відношення площі поверхні центральної частини 511 кеВ лінії до всієї площі під кривою. Ефект впливу потоків випромінювання на концентрацію дефектів можна спостерігати за зміною s-параметру (рис.4). Рис. 4. Залежність s-параметру допплерівського роз- ширення від енергії позитрону E для опроміненого та неопроміненого сплаву 1933 Рис. 5. Залежність s-параметру від w-параметру допп- лерівського розширення для опроміненого та неопро- міненого) сплаву 1933 Енергія позитронів відповідає глибині за- нурення пучка в тильну частину мішені, при значенні енергії в 10 кеВ глибина становить приблизно 400 нм. На поверхні більше зна- чення s-параметру пов’язано з дефектами, що були внесені механічної обробкою. На більших глибинах спостерігаємо відмінність ОСОБЛИВОСТІ ПРОСТОРОВОГО РОЗПОДІЛУ МЕХАНІЗМІВ ВПЛИВУ СИЛЬНОСТРУМОВИХ РЕЛЯТИВІСТСЬКИХ ЕЛЕКТРОННИХ ПУЧКІВ НА АЛЮМІНІЄВІ СПЛАВИ JSPE, 2018, vol. 3, No. 1-2 55 між опроміненим та неопроміненим зразка- ми. Така відмінність може бути пояснена лише ефектом ударно-акустичного впливу СРЕП, оскільки зона термічного впливу об- межена приблизно 600 мкм з протилежного боку мішені. Ці результати корелюються з даними роботи [8], одержаними на аналогіч- ному зразку. Вплив на тильну сторону міше- ні електронно-пучкового опромінення також в незначній мірі, але проявився на залежнос- ті s-параметру від w-параметру (рис. 5). Ефекти далекодії, що спостерігаються в матеріалах, опромінених, сильнострумови- ми електронними пучками, такі як, пульсую- чий характер зміни значення мікротвердості по глибині мішені пояснюються виникнен- ням уданих хвиль, як результату суперпози- ції первинного поля стискаючих напружень з біполярною хвилею напружень, відбитою від тильної сторони [11]. В нашому випадку ми спостерігаємо ознаки впливу пучка на від- стані, що майже на порядок перевищує гли- бину проникнення електронного пучка. ВИСНОВКИ Опромінення конструкційних алюмінієвих сплавів сильнострумовими релятивістськими електронними пучками складається з зони проникнення пучка, яка піддається перепла- вленню, з зони термічного впливу, де здійс- нюють вплив на структуру сплаву термо- пружні ефекти, а також зони ударно- акустичного впливу. Остання зона не має очевидних відмінностей з неопроміненим зразком за структурою, але є відмінною за концентрацією вакансій, що ідентифікується методом позитронно-анігіляційної спектро- скопії. Робота виконана за підтримки гранту Прези- дії НАН України № 62/18-Н. ЛІТЕРАТУРА 1. Fridlyander I. N. / Aluminum Alloys // Кiev: Komintech. – 2005. – 365 p. 2. Poida V. P., Pedun D. E., Bryukhovetskii V. V., Poida A. V., Sukhov R. V., Samsonik A. L., Litvinenko V. V. / Structural changes during superplastic deformation of high-strength alloy 1933 of the Al–Mg–Zn–Cu–Zr system// Phys Met Metallogr. – 2013. Vol. – 114(9). P. – 848- 858. 3. Бойко В. И., Скворцов В. А., Фортов В. Е., Шаманин И. В.. Взаимодействие импульсных пучков заряженных частиц с веществом. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2003, 288 с. 4. Блейхер Г. А., Кривобоков В. П., Пащен- ко О. В. Теплофизические процессы в твер- дом теле при воздействии мощных импульс- ных пучков заряженных частиц // Известия Tомского политехнического университета. – Т. 303, вып. 2. – Радиационная физика твердо- го тела и радиационные технологии. – 2000. – С. 71-91. 5. Графутин В. И., Прокопьев Е. П. Применение позитронной аннигиляционной спектроско- пии для изучения строения вещества. Успехи физических наук. – 2002. – Т. 172. – С. 67-83. 6. Anisimov S. I., Imas Ya. A., Romanov G. S. and Khodyko Yu.V. / Action of high-power radiation on metals // Springfield. – VA: National Technical Information Service. – 1971, 272 p. 7. Boiko V. I., Valyaev A. N., Pogrebnyak A. D. / Metal modification by high-power pulsed particle beams // PHYS-USP. – 1999. – Vol. 42(11). – P. 1139-1166. 8. Kobets A. G., Horodek P. R., Lonin Yu. F., Lytvynenko V. V., Ponomarev A. G., Startsev O. A., Uvarov V. T. / Melting effect on high current electron beam on aluminum alloy 1933 // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. – 2015. – Vol. 51, No. 5. – P. 478-482. 9. Козырь И. Г., Бородин Р. В., Воропаев А. В. и др. Структура и свойства инструментальной стали после обработки электронным пучком и термического отпуска // Физика и химия об- работки материалов. – 1998, № 3. – С. 30-33. 10. Horodek P., Kobets A., Meshkov I., Pavlov V., Rudakov A., Sidorin A., Yakovenko S. / Positron annihilation spectroscopy at LEPTA facility// Proceedings of RUPAC. – 2012. – WEPPC044. 11. Ротштейн В. П. Модификация структуры и свойств металлических материалов интенсив- ными импульсными электронными пучками. Автореф. дисс. докт. ф.-м. н.: 01.04.07.- Томск. – 1995. – 37 с. REFERENCES 1. Fridlyander I. N. / Aluminum Alloys // Kiev: Komintech. – 2005. – 365 p. 2. Poida V. P., Pedun D. E., Bryukhovetskii V. V., Poida A. V., Sukhov R. V., Samsonik A. L., Lit- vinenko V. V. / Structural changes during super- plastic deformation of high-strength alloy 1933 of the Al-Mg-Zn-Cu-Zr system// Phys Met Met- allogr. – 2013. Vol. – 114(9). P. – 848-858. С. Є. ДОНЕЦЬ, П. Р. ХОРОДЕК, В. Ф. КЛЕПІКОВ, А. Г. КОБЕЦЬ, В. В. ЛИТВИНЕНКО, Ю. Ф. ЛОНІН, А. Г. ПОНОМАРЬОВ, О. А. СТАРЦЕВ, В. Т. УВАРОВ JSPE, 2018, vol. 3, No. 2 56 3. Boyko V. I., Skvortsov V. A., Fortov V. E., Sha- manin I. V.. Vzaimodeystvie impulsnyh puchkov zaryazhennyh chastits s veschestvom. M.: FIZ- MATLIT. 2003, 288 s. 4. Bleyher G. A., Krivobokov V. P., Paschenko O. V. Teplofizicheskie protsessy v tverdom tele pri vozdeystvii moschnyh impulsnyh puchkov zaryazhennyh chastits // Izvestiya Tomskogo politehnicheskogo universiteta. – Vol. 303, iss. 2. – Radiatsionnaya fizika tverdogo tela i radiat- sionnyie tehnologii. – 2000. – P. 71-91. 5. Grafutin V. I., Prokopev E. P. Primenenie pozitronnoy annigilyatsionnoy spektroskopii dlya izucheniya stroeniya veschestva. Uspehi fizicheskih nauk. – 2002. – T. 172. – S. 67-83. 6. Anisimov S. I., Imas Ya. A., Romanov G. S. and Khodyko Yu.V. / Action of high-power radiation on metals // Springfield. – VA: National Techni- cal Information Service. – 1971, 272 p. 7. Boiko V. I., Valyaev A. N., Pogrebnyak A. D. / Metal modification by high-power pulsed particle beams // PHYS-USP. – 1999. – Vol. 42(11). – P. 1139-1166. 8. Kobets A. G., Horodek P. R., Lonin Yu. F., Lyt- vynenko V. V., Ponomarev A. G., Startsev O. A., Uvarov V. T. / Melting effect on high current electron beam on aluminum alloy 1933 // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. – 2015. – Vol. 51, No. 5. – P. 478-482. 9. Kozyr I. G., Borodin R. V., Voropaev A. V. et al. Struktura i svoystva instrumentalnoy stali posle obrabotki elektronnym puchkom i termicheskogo otpuska // Fizika i himiya obrabotki materialov. – 1998, No. 3. – P. 30-33. 10. Horodek P., Kobets A., Meshkov I., Pavlov V., Rudakov A., Sidorin A., Yakovenko S. / Positron annihilation spectroscopy at LEPTA facility // Proceedings of RUPAC. – 2012. – WEPPC044. 11. Rotshteyn V. P. Modifikatsiya struktury i svoystv metallicheskih materialov intensivnymi impulsnymi elektronnymi puchkami. Avtoref. diss. dokt. f.-m. n.: 01.04.07. – Tomsk. – 1995. – 37 s.

Особливості просторового розподілу механізмів впливу сильнострумових релятивістських електронних пучків на алюмінієві сплави

Репозитарії

Схожі ресурси