?
Повреждение поверхностного слоя вольфрама при облучении стационарными ионными и импульсными пучково-плазменными потоками гелия
Проведены сравнительные исследования повреждаемости поверхности вольфрама при облучении стационарными потоками ионов гелия и импульсными потоками ионов гелия и гелиевой плазмы в ионно-лучевом ускорителе ИЛУ и в установке Плазменный фо-кус (ПФ) «Вихрь». Параметры облучения стационарными потоками ионов He+ в ИЛУ: энергия ионов гелия 30 кэВ, дозы 1,0·1018 и 2,0·1018 см–2, температура мишеней в процессе облучения не превышала ~500 К. Для облучения импульсными потоками ионов гелия и гелиевой плазмы в установке ПФ «Вихрь» образцы размещались в катодной зоне камеры ПФ «Вихрь» на расстоянии 2, 4 и 6 см от анода. Параметры облучения образцов в ПФ «Вихрь»: длительность ионного и плазменного воздействия составляет 10—30 и 50—200 нс соответственно, плотность мощности плазмы в интервале ∼107—109 Вт/см2, ионов ~109—1010 Вт/см2, число импуль-сов N = 5, 15 и 30, энергия ионов гелия составляла ~100 кэВ, температура плазмы ~1 кэВ. При облучении стационарными потоками ионов He+ дозой 1018 cм–2 обнаружено образование блистеров с периферийным разрывом крышек, характерным для хрупкого материала. Увеличение дозы облучения в 2 раза приводит к смене механизма разрушения поверхности — наблюдается отшелушивание слоёв (флекинг). При облучении образцов в ПФ «Вихрь» происходит оплавление поверхностного слоя, поверхность приобретает волнообразный рельеф, на ней появляются трещины, кратеры — следы выхода газа (гелия) и нераскрывшиеся блистеры, причём размер кратеров составляет ∼1—2 мкм, что сопоставимо с размерами блистеров при ионной имплантации He+ в ИЛУ. Выполнено численное моделирование воздействия пучка быстрых ионов гелия на W в установке ПФ «Вихрь». Методами рентгеноструктурно-го анализа обнаружены следующие эффекты: уменьшение параметров решётки при всех режимах воздействия ионных и плазменных потоков; изменения в различной степени размеров области когерентного рассеяния (ОКР), величины микродеформации решётки и текстуры. Обнаружено снижение микротвёрдости образцов вольфрама после обработки гелиевой плазмой и ионами He+ в ПФ «Вихрь», что может быть результатом воздействия двух конкурирующих факторов: отжига дефектов при мощных тепловых нагрузках (уменьшает Hμ ) и термических напряжений, возникающих при кристаллизации и охлаждении оплавленного поверхностного слоя (увеличивают Hμ ) . Обсуждаются механизмы наблюдаемых явлений.