Динамика разрушения ионных кристаллов, облучаемых сильноточными электронными пучками тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ТОИЯОЯ ГОСУДЛКГГЖШЯ УНИВЕРСИТЕТ Ш ВВ. КУНШЯВВА

За правах рукописи

шгхвш. ВШШОР сгЕпаниага

уда 539.2:539.16.04

ЩНШЕА РАЗРУШЕНИЯ ЙОНШХ КРЙСТАЯЮВ, СБЛУЧАЕШХ СМЬЮТОЧЕШ аЕЕКТРСШШ ПУЧКАМИ

01.04.07 - Физика твердого теяа

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-штексгичесши наук

Томск - 1993

Работа выношена в Омском государственном университете.

Еаучвый руководитель: кандидат фиаико-матедатических наук, доцент Геринг Г. 31

Официальное оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Зуеа Л. Б. (ШШ СО РАН)

кандидат физике-математических наук, В.КС. Итин В. И. (СЕТИ)

Ведуааа .организации - Институт кристаллографии РАН (г. Москва)

Залита диссертации состоится " 5 " июня 1993 г. 2 час, на заседании специализированного Соаета К 063.5а 05 со присуждении учеиоа степени кандидата физико-математических наук а Томском государственном университете (634010, г^ Томск, проспект Деяияя, 36). <

С диссертацией мззкно ознакомиться в научной библиотеке Томского государственного униаерситета.

Автореферат разослан " аПР£А$ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного Совета,

кандидат физико-математических наук Анохина И. Е

ОЕЩЯ ХАРАКЕТИСТЗША РАБОТЫ

Актуальность темы. Б последние годы сильноточные ускорители аряженных частиц начинают широко применяться в науке я технике, йгдействие на конденсированные среды Бысокоэнергетичных потоков пряденных частиц, создающих мощные тепловые, механические и 'Лектрические поля, позволяет получить важную информацию о физи-:еских свойствах вещества в экстремальных условиях, которые яе-.озможно создать иными способами. В то же время внедрение сильноочных ускорителей в технологические процессы (отжиг ионно-леги-ованных полупроводников, упрочнение средств металлообработки, овышение коррозионной и эрозионной стойкости деталей машин и .д.) потребовало более детального исследования измерения некото-щ физико-механических свойств материалов, и прежде всего их рочностных характеристик, при облучении сильноточными пучками аряженных частиц. К осноеным факторам такого воздействия, опре-еляющим изменение физико-механических характеристик твердых ел, можно отнести генерацию импульсов механических напряжений, еличина которых может превысить предел их прочности и привести разрушению, электрический пробой диэлектрических материалов, Еязанный с генерацией сильных электрических полей, образование азличных радиационных дефектов. Исследование при таком облуче-ии изменения механических свойств конструкционных материалов (в ервую очередь металлов и сплавов), имевших, как правило, мяого-азную поликристаллическкую структуру сЕязано с множеством не ре-энных на сегодня проблем. Прежде всего к ним молено отнести неостаточную изученность, как процессов взаимодействия сильноточ-ых пучков заряженных частиц с такими материалами, так и процес-ое взаимодействия генерируемых механических напряжений с рззляч-ыми структурными дефектами этих тел. Поэтому основные результа-ы, проясняющие некоторые аспекты рассматриваемой проблемы (преж-э Есего явление разрушения) и создающие основу для ее дальнейше-з развития, получены на хорошо изученных модельных материалах <акими являются ионные кристаллы), облучаемых сильноточными лектронными пучками (СЭП). Полученные данные, характерные к для ильишнства твердых тел, свидетельствуют о том, что основной придай разрушения ионных кристаллов является генерация динамичес-IX и кЕазистатических напряжений, и их взаимодействие с микро-макротрещинами. Предложенные на сегодня модели разрушения ион-

ных кристаллов под действием СЭП являются необоснованно упрощенными, поскольку не учитывают сложный характер генерируемых нестационарных полей механических напряжений, а таете динамику развития процесса разрушения, знание которой позволяет создать основу для понимания механизма разрушения.

Диссертационная работа выполнена в Омском государственном университете по координационному плану АН СССР на 1986-1990 г. по направлению Радиационная физика твердого тела по теме "Радиа-шонно-акустические методы исследования физкко - механических свойств конденсированных сред" (И г. р. 0186. 0053025}.

Ведь работы. Экспериментальное исследование динамики разрушения ионных кристаллов, облучаемых сильноточными электронными пучками и конкретизация механизмов разрушения.

Научная новизна. .Комплексный подход к исследованию процесса разрушения модельных материалов, включающий изучение:

- характеристик направленности излучения радиационно-акустических источников звука;

- изменения динамических напряжений в образцах небольших размеров;

- локализации первоначального разрушения;

- пространственно-временных характеристик движения фронта разрушения;

- рельефа поверхности трещин; позволил получить новые данные о:

- влиянии различных волн напряжений (и прежде всего волн Лэм-6а) на пороги разрушения ионных кристаллов, облучаемых СЭП;

- роли злектроразрядных процессов в инициировании процесса разрушения;

- динамике движения фронта разрушающих трешин и разлета фрагментов образца.

Ба основе полученных результатов сформулированы основные положения модели разрушения'ионных кристаллов, облучаемых СЭП, которая может быть использована для интерпретации данных по разрушению более сложных материалов (металлы, керамика и т.д.).

Практическая ценность. Полученные для модельных материалов результаты позволяют:

- конкретизировать физические процессы, играющие важную роль з разрушении различных гверльн тел, облучаемых СЗП, независимо от их природы;

- на качественном уровне с учетом условий облучения (энергия частиц, плотность потока, размер области знергоныделения) и геометрии образца определить области образца, в которых возможно максимальное изменение (под действием генерируемых волн напряжений j физико-механических свойств материала и его разрушение.

Зааиааеыые положения.

1. Методика высокоскоростной' фоторегистрации пространственно- времзяних характеристик разрушения ионных кристаллов, облучаемых сильноточными электронными пучками.

2. Результаты экспериментальных исследований диагра'.м направленности радпационко-акустических источников звука, возбуждаемых з твердом теле сильноточными электронными пучками.

3. Влияние волн Лзыба на пороги хрупкого разрушения ионных кристаллов, облучаемых сильноточными электронными пучками.

4. Закономерности разрушения ионных кристаллов под действием сильноточных электронных пучков:

- задержка начала разрушения относительно импульса облучения;

- пространственная локализация разрушающих трещин;

- влияние условий облучения на инициирование процесса разрушения.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуэдадись на IY Всесоюзном совещании по воздействию ионизирующего излучения и света на гетерогенные системы (Кемерово, 1986); на YÍ Всесоюзной конференции по физике диэлектриков (Томск, 1938); на YII Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике (Томск, 1988); на VI Всесоюзной конференции "Физика разрушения" (Киев, 1389); на VII Всесоюзной конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов (Рига, 1989); на I Региональном семинаре "Физика импульсных радиационных воздействий" (Томск, 1989); на У111 Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике (Свердловск, 1990); на III Всесоюзном симпозиуме до механике разрушения (Житомир, 1990); на I Всесоюзном совещании "Диэлектрики в экстремальных условиях" (Суздаль, 1990); на

конференции "Акустоэлектроннке устройства обработки информации на поверхностных акустических волнах" (Черкассы, 1990); на Ж Всесоюзной конференции по акустоэлекгронике и физической акусти ке твердого тела (Ленинград, 1391)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 работ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех .глав, раздела "основные результаты и выводы", списка литературы, включающего 126 наименования и содержит 49 рисунков; об шее количество страниц 138.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко рассмотрена актуальность проблемы, формулируются цель работы и основные задаваемые положения. Кратко из лохено содержание работы по главам.

В первой глазе излодакы и проанализированы литературные данные по взаимодействию сильноточных электронных пучков наносекунд ной длительности с различными классами твердых тел. К основным факторам этого воздействия, • определяющим механическую устойчи зость твердых тел, можно отнести генерацию импульсов механичес ких напряжений, электрический пробой диэлектрических'материалов связанный с генерацией сильных электрических полей, образование различных радиационных дефектов.

Облучение твердых тел СЭП приводит к генерации механических напряжений, величина которых ь одномерном случае определяется следующим образом;

6(х,1) - 5&(.х,Ъ) здесь Г - параметр Грюнайзена, 8 - объемная плотность выделившей ся в твердом теле энергии. ■Если генерируемые напряжения превысят порог прочности облучаемого материала, то может наступить'его разрушение. С этой точки зрения рассмотрены экспериментальные данные, имеющиеся по разрушению модельных материалов, главным об разом, ионных кристаллов. Показано, что к настоящему времени нет однозначных представлений об основных закономерностях разрушения ионных кристаллов, облучаемых СЭП. Это связано как с большой сложностью этого явления, так и противоречивостью данных (напри мер, по масштабному эффекту, скорости движения трещин, эффектам

накопления, электрическому пробою и т.д.), полученных в разных работах. В связи с этим проанализированы методические аспекты проведенных ранее исследований явления разрушения, показаны возможные причины получения взаимоисключающих результатов. К ним прежде всего могут быть отнесены неодинаковые условия облучения (размер области облучения, способ облучения), различие геометрий и размеров используемых в исследованиях образцов, что приводит к неодинаковым полям динамических напряжений в образце. В результате комплексного анализа проведенных ранее работ определены основные задачи, решение которых позволит создать основу для конкретизации механизма разрушения ионных кристаллов под действием СЭП. К ним относятся:

а) разработка методик регистрации и исследование основных характеристик различных типов волн напряжений, возбуждаемых в твердых телах СЭП

б) разработка методики регистрации и исследование пространственно- временных характеристик процесса разрушения и (¡фактографии возникающих трешн.

в) конкретизация механизма разрушения ионных кристаллов, облучаемых СЭП

Во второй главе описаны методика и техника экспериментальных исследований. Приведены основные параметры используемого в работе сильноточного ускорителя электронов прямого действия. На основе сравнительного анализа методов регистрации акустических импульсов показано, что применительно к генерации звука сильноточными пучками электронов наиболее простыми и информативными методами. обеспечивающими приемлкмуто точность измерения (М5£), является: лазерный интерферометр смешения, аппериодический пьезоэлектрический датчик давления и злектромагнитно-акустический преобразователь. Описаны конструкции датчиков, используемых в работе для измерения пространственно-временных характеристик возбуждаемых акустических импульсов. Рассмотрены особенности измерения с помощью этих датчиков диаграмм направленности излучения продольных и поперечных акустических импульсов, возбуждаемых в твердых телах СЭП. Приведены конструкции ячеек, используемых для измерения диаграмм направленности. Шкаэано, что для исследования процесса разрушения оптически прозрачных твердых тел наиболее информативным является метод высокоскоростной фоторегистрации. Впервые этот метод использован для регистрации процесса разруше-

ния ионных кристаллов под действием СЭП. Подробно описаны уста новка для фоторегкстрации процесса разрушений, созданная на базе БФУ-1, методика ее настройки и согласования с ускорителем элекг ролов, используемые экспериментальные ячейки, методика обработки фотоматериалов. Приведены сведения по подготовке образцов ионных кристаллов для проводимых исследований.

В третьей главе представлены экспериментальные результаты по исследованию пространетвенно-временных характеристик акусти ческих волн, возбуждаемых в твердых телах СЭП Установлено, что вид диаграммы направленности излучения L-волны определяется соот ношением поперечного размера-D области облучения и величины про бега электронов R в исследуемом материале, фи D>>R реализуется случаи генерации плоской волны с преимущественным излучением акустической энергии в .направлении нормали к облучаемой поверх ности (рис. 1, кривая 2). При D-R генерируется продольная волна с сферическим волновым .фронтом и более равномерным пространст венным распределением излучаемой акустической энергии (рис. 1 кривая 1). Показано, что не только величина,, но и форма акусти ческого- импульса зависит от углового положения точки регистрации

Исследование характеристик направленности излучения сдвиго еых акустических импульсов покааало, что они имеют более^. сложный характер ( рис. Z). Отсутствие излучения S-волны при €>60 для ана логичных случаев свидетельствует о том, что генерация этого типа волны в термоупругом режиме происходит, главным образом, при от ражении L - волны от свободной поверхности. Максимум излучения сдвиговой волны при 40° может быть связан прежде всего с тем что этому углу в исследуемых материалах соответствует максималь ный козфициент преобразования L-волны в S-волку при отражении от свободной поверхности.

Исследование направленности излучения продольной l' -волнь распространяющейся в направлении касательной к облучаемой поверх ности показало, что вид диаграммы направленности (рис. 3) опреде ляется формой и размера® области облучения. Установлено, что не иболее оптимальной, с точки зрения интерпретации данных по разрз, шению, является область облучения в заде узкого прямоугольнике

С использованием упрощенной лучевой теории показан сложньй характер процесса распространения акустических импульсов в образ цах конечных размеров. Эксперментальные исследования распрострг нения продольных акустических импульсов в образцах различной фог

*0*

Рис. 1 ЛН излучения Ь-волны для круга ¡5-0,5 мм (1) и прямоугольника 4,6x15 мм (2)

9*0*

Рис. 2 ДН излучения Б-волны для крута 0-0,7 мм (1) и прямоугольника 4,6x15 мм (2)

т=о*

Рис. 3 ДН излучения Ь -волны для круга 0-2,5 мм (1); прямоугольников 0,7x10,5 мм (2), 3,5x10,5 мм (3).

Рие. 4 Изменение амплитуды импульса сжатия при распространении в образцах с Б/Н-1,89 (1). 0,94 ( 2).

Рис. 5 Зависимость задержи Рис. б ФР вероятности разру-разрушения КС1 толщиной 0,5 шения образцов КС1 при разим ( 1) и 0,8 мм (2) от Ф . личном закреплении.

мы с разным соотношением D/H (D - характерный поперечный размер образца, Н - его толщина; показали немонотонный характер изменения импульса сжатия (рис. 4). 'Обнаруженная закономерность связана с влиянием продольных и сдвиговых импульсов, отраженных от боковых границ образца. Анализ особенностей генерации акустических импульсов в тонких пластинах показал, что при h~29St/{St-Si) начинает проявляться волноводный характер распространения генерируемых напряжений.

На основе полученных в главе результатов сделан вывод о том, что поле динамических напряжений (влияющее на развитие процесса разрушения) в значительной степени определяется толщиной и поперечными размерами образца, формой и размерами области облучения.

В четвертой главе представлены экспериментальные результаты по исследованию пространственно-временных характеристик процесса разрушения ионных кристаллов под действием СЭП.

Исследование характеристик процесса, разрушения ионных кристаллов под действием ОЗП впервые проведенное с помощью высокоскоростной фоторегистрации позволило обнаружить задержу разрушения временной интервал между моментом облучения и появлением первой визуально наблюдаемой тревдны. Причем, как величина задержки, -так и место.локализации начального разрушения существенно зависит от плотности потока электронов.

Зависимость времени задержи начала разрушения образцов KCl размером 10x10x0,5 мм от плотности потока электронов показана на рис. 5. При плотности потока 1,3-10 см зарождение трещин начинается с периферии образца, а задержка достигает 30 икс. Образец разрушается, как правило, одной (реже двумя) раскалывающими трещинами. При увеличении плотности электронов до 3,25-10 см происходит уменьшение задержи до 9 мкс. Наряду с краевыми трещина ми возможно появление трения, прорастающих из области облучения. Дальнейшее увеличении плотности до 5-10 см2 приводит к множественному разрушению образца, начинающемуся, как правило, из облас ти облучения. Бремя задержки составляет в этом случае < 3 мкс.

Полученные результаты проанализированы с точки зрения имею дихся предсталений о задержке разрушения хрупких материалов при ■классическом динамическом нагружени.. Облучение образцов ионных кристаллов, имеющих заготовленную трешину показало, что время за держки до начала ее'роста может меняется в зависимости от разме ра образца, области облучения, положения и длины трешины в аначи

тельном интервале. Эта особенность связывается с быстрым изменением напряженного состояния в окрестности вершины трещины.

Установлено, что средняя скорость удлинения трещин на начальном этапе разрушения образцов КС1 толщиной 0,5 мм зависит от плотности потока электронов и меняется от 400 м/с до 1300 м/с;

3 работе впервые при исследования разрушения твердых тел под действием СЭП применен один из наиболее простых и информативных методов исследования разрушения - фрактография (т.е. исследование рельефа поверхности разрушения). Сравнение поверхности раскалывающих трещин в тонких ((1-0,5 мм) образцах с кинограммами процесса развития раэруиения показало, что на рельеф раскалывающей трещины влияет не только скорость ее движения, но и число возникавших трещин, размеры образца Электронно-микроскопические исследование рельефа трешины вблизи облучаемой стороны образца позволили обнаружить небольшие участки около поверхности, имеющие значительную шероховатость. Образование такого рельефа связывается как с повышенной дефектностью приповерхностного слоя, так и более сложным, чем в объеме полем динамических напряжения у свободной поверхности.

'Обнаруженные больаие времена задержки начала разрушения свидетельствуют о том, что большую роль в инициировании и развитии процесса разрушения играют механические колебания, которые длительное время могут существовать в образцах без значительного затухания. К ним прежде всего относятся различные моды собственных колебаний образцов, которые в проводимых экспериментах можно рассматривать, как предельный случай распространения нестационарных волн Лэмба. В связи с этим исследовано влияние антисимметричных (изгибных) волн Лэмба на пороги хрупкого разрушения ионных кристаллов путем создания специальных условий, в которых амплитуда этих волн может быть существенно уменьшена.

Исследованы функции распределения (ФР) вероятности разрушения и пространственно-временные характеристики процесса разрушения трех групп образцов КС1 толщиной 0,4 и*. Образцы первой группы закреплялись на коллиматоре как в ранее выполненных работах. Образцы третьей группы с помощью нитроцеллшозного клея приклеивались к коллиматору по всей площади образца за исключением области облучения. Большое акустическое рассогласование используемых материалов, а такж небольшая площадь акустического контакта (обусловленная сетчатой структурой склейки) позволили с одной

стороны свести к минимуму вывод из образца энергии возбуждаемых волн, а с другой - уменьшить амплитуду, прежде всего изгябных колебаний образца. На образцы второй группы со стороны облучаемой поверхности, за исключением области облучения, наносилась такая же сетчатая структура и образцы закреплялись также как в первой груше.

До лученные для трех груш образцов <ЕР показаны на рис. 6. Характерной особенностью разрушения образцов первой группы является появление визуально наблюдаемых трешии с периферии образца с временем задержки, составляющим для <>2,5x10 ем 10 икс. Для обраацэв второй группы в начале <ЕР разрушение попрекнему начинается, главным образом, с периферии образца, однако время задержки уменьшается до 2-4 икс. При дальнейшем увеличении плотности потока рост тредин начинается преимущественно из области облучения. Увеличение порога разрушения образцов этой группы связывается как с уменьшением амплитуды колебаний образцов, так и с изменением их характера, вызванным неоднородным распределением массы сетчатой структура Образцы третьей группы имеют наибольший порог разрушения. Характерной особенностью разрушения образцов этой группы является появление трещин из области облучения с задержкой меаызе 2 мкс и возникновение откола на тыльной стороне. Откольное разрушения в образцах только третьей группы говорит как об изменении характера колебаний при демпфировании образцов, так и о значительном уменьшении амплитуды колебаний, вызываших раскол образцов.

Полученные результаты свидетельствует о том, что определяющую роль в процессе разрушения тонких образцов ионных кристаллов, облучаемых СЭП играет сложное напряженное состояние, вызванное генерацией и -распространением в таких образцах нестационарных антисимметричных (изгибных) волн Лзмба Закрепление образцов, обеспечивающее демпфирование таких волн, позволяет повысить порог их разрушения а 1, 5 - 2,5 раза

Особенность» разрушения хрупких материалов при высоких плот ностях потока электронов, является сильный разлет частей (фрагмен тов) разрушенного образца Установлено, что время появления визуального разделения образца при плотности потока, соответствующей макеямутф вероятности разлета составляет 210130 мкс. Отмечено что малые размеры образцов, слодаость возникающих полей динами ческих наиряцеяиа,-а такав специфика мовдого электронного ¿из

действия затрудняют корректное применение существующих подходов к процессу фрагментации при таком виде нагружешга. На основе полученных результатов оценена доля упругой энергии, переходящая в кинетическую энергию разлетащих фрагментов. Она составляет 1-1 Ж. Фрагментация ионных кристаллов при облучения СЭВ качественно объяснена с точки зрения возбуждения изгибных колебаний образца.

При условиях, обеспечивающих генерацию в образце плоской волны, в ионных кристаллах наблюдается характерный эффект - от-кольное разрушение. Анализ кинограмм процесса разрушения показал, что хотя основная фаза откольного разрушения формируется за время меньшее 2 ыкс, его развитие может продолжаться более значительные времена Исследование формы продольного акустического импульса показало, что при образовании откольного разрушения в области облучения происходит искажение импульса растяжения. Наблюдаемое искажение свидетельствует о том, что откольнее разрушение в области облучения происходит при формировании импульса растяжения т.е. за времена порядка 100-150 но.

3 выполненных ранее работах было обнаружено, что при введении в образец плоской волны из металлического "поглотителя" происходит раскалывание образца трещинами, параллельными его узким граням. Такое разрушение было связано с взаимодействием поверхностных волн с краевыми микротрещикамл. Детальное исследование этого явления проведено в работе с учетом особенностей распространения акустических импульсов в тонких образцах. Предположено, что наблюдаемое в таких экспериментах раскалывание тонких образцов связано с возбуждением в них нормальных колебаний.

Как отмечалось ранее, при высоких плотностях потока электронов разрушение начинается из области облучения с задержкой меньшей 2-3 мкс. В связи с этим проведены детальные исследования состояния поверхности ионных кристаллов (.HaCl, KCl, КВт, LiF) после многократного воздействия СЭП (через отверстие в заземленном коллиматоре.) с плотностью, как значительно ниже, так и еьш? порога механического разрушения.

Впервые обнаружено образование на поверхности кристаллов вблизи кромки кодлимирующего отверстия матовой области, форма которой соответствует форме используемого коллиматора Исследования кристаллов, проведенные с помощью оптической и электронной микроскопии, показали, что:

- обнаруженная структура представляет собой совокупность скоп-

лэний сферической формы частиц, в центральной части которых находятся кратеры и отверстия различной формы, глубина которых в рассматриваемых условиях составляет, как правило, несколько мкм.

- отверстия и кратеры могут авляться очагами образования микро- и макротрешин.

- вблизи коллиматора в объеме исследованных кристаллов не обнаружено остаточных каналов пробоя характерных для электрического пробой за счет ударной ионизации.

- нанесение на поверхность кристалла тонкой алюминиевой пленки (или фольги) с последующим ее заземлением приводит к исчезновению этой области, ко остаются отдельные скопления, располагающиеся вблизи различных поверхностных дефектов.

Полученные результаты говорят о значительной концентрации энергии в небольших областях кристалла вблизи кромки коллимирую-щего отверстия. Ранее считалось, что единственным механизмом ответственным за концентрацию энергии в локальных областях диэлектрика, облучаемого ОЭП, является электрический пробой за счет ударной ионизации материала, вызванной генерацией сильных электрических поле iL Б то же время наблюдаемые при образовании этих повреждений закономерности нельзя корректно объяснить с точки зрения существующих представлений об электрическом пробое диэлектрика, облучаемого СЭП.

В связи с этим был предложен механизм образования наблюдаемых повреждений, позволяющий непротиворечиво объяснить обнаруженные закономерности. Поскольку практически весь инжектированный в образец заряд стекает на кромку диафрагмы vиз-за высокой наведенной радиационной проводимости), то по локальным участкам области материала вблизи диафрагмы начинает протекать ток, плотность которого значительно превышает плотность тока электронного nriKa Высокая объемная плотность выделяющейся энергии приводит к сильному разогреву этих участков кристалла, снижению их сопротивления, перераспределению тока по области вблизи диафрагмы, дальнейшему росту тока и температуры этих участков, и в конечном итоге к плавлению, и испарению части материала. Описанный выше процесс, представляет по сути тепловой пробой, инициируемый СЭП, и происходит за время сравнимое с длительностью электронного облучения.

Проверка предложенного механизма проводилась на материалах, в которых из-за высокой проводимости невозможно реализовать электрический пробой за счет ударной ионизации. В качестве таких ма-

сериалов выбраны р-типа бе, п-типа 21 с удельной проводимость» в диапазоне 0,1-0,3 (ом-см) (что примерно соответствует назеденной радиационной проводимости рассматриваемых материалов). При обеспечении аналогичных условий стекания заряда на поверхности этих материалов была получена похожая структура повреждений.

Значительный нагрев материала, происходящий при образовании тблюдаемых повреждений должен приводить к возникновению сильных юкадьных механических напряжений и интенсивному акустическому галучению. Однако экспериментально акустического излучения от яих областей обнаружить не удалось. Это связывается с сильной ■еометрической расходимость генерируемой сферической волны.

На основе полученных результатов конкретизированы представ-гения о закономерностях и механизме разрушения ионных кристаллов, Случаемых СЭП. Выделены физические процессы, протекание которых >пределяет основные закономерности инициирования и развития разбиения ионных кристаллов при импульсном электронном облучении, йнкретизированная модель позволяет непротиворечиво объяснить меющиеся экспериментальные данные.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Экспериментальное исследование пространственно-временных арактеристик акустических импульсов, возбуждаемых в твердом те-е сильноточным электронным пучком наносекундной длительности, озволило установить, что:

а) вид диаграммы направленности излучения радиашонно-екусти-эского источника звука определяется соотношением поперечного азмера 0 такого источника и величиной пробега электронов К яс-ользуемой энергии в рассматриваемом материале:

- при акустическая энергия излучается достаточно равно-эрно в телесный утол~1,5Ж-,

- при О Ж основная доля энергии излучается в направлении нор-1ли к облучаемой поверхности;

б) наиболее удобной формой области облучения (с точки зрения -гаерпретацзш данных по разрушению тонких пластин) является уэ-ш прямоугольник, обеспечивающей преимущественное излучение готической волны в направлении нормали к большей стропе прямо-"ольника;

в) боковые поверхности образца могут влиять на форму и ампли-

туду распространявшихся в нем акустических импульсов; параметре определяющим характер изменения амплитуды импульса сжатия авля« ся отношение поперечного размера образца к его высоте;

2. Установлено, что место локализации первоначального рззруг ния ионных.кристаллов зависит от плотности потока электроне При малых плотностях потока разрушение начинается с периферии с разца, а при болышх - из области облучения.

3. Обнаружена задержка появления первой визуально наблюда« мой треданы в ионных кристаллах относительно импульса облучен! величина которой зависит от плотности потока электронов и мож достигать десятков микросекунд. Предположено, что задержка'раз? аения обусловлена развитием зародышевых микротревдн в неоднорс ном поле динамических напряжений.

4. Экспериментально установлено, что минимальный порог раз} шения тонких образцов ионных кристаллов, облучаемых СЭП, опре; ляется, главным образом, генерируемыми в них антисимметричны! (изгибными) волнами Лзмба. Демпфирование этих волн приводит к I выше ним порога разрушения в 1,5 - 2,5 раза

5. Исследованы характеристики процесса фрагментации яонш кристаллов, облучаемых СЗЕ Установлено, что в кинетическую эн< гию разлетающихся фрагментов переходит не более 14 % акусгич* кой энергии. Явление фрагментации объяснено с учетом генерации тонких образцах антисимметричных волн Лзмба.

6. Исследовано разрушение тонких пластин ионных кристалл! при введении в них плоской волны из металлического "поглотител: Предположено, что наблюдаемое раскалывание образца трещинами, ) раздельными его узким граням связано с генерацией з них норма ных мод.

, 7. Экспериментально установлено, что для ионных кристаллов высокой наведенной радиационной проводимостью как многократш (с плотностью значительно ниже порога механического разрудани: так и однократное (с разрушающей плотностью; облучение через < верстие в заземленном коллиматоре приводит к образованию вбли; кромки коллиматора.локальных микроповревдений, из которых мог; развиваться микротрещины. Предположено, что определяющую роль развитии этого явления играет тепловой пробой ионных кристалл инициируемый СЭП.

Основные результаты диссертации изложены в работах:

Блинов В. IÍ, Геринг Г. Л, Ковивчак В. С. Роль термоупру-¡31 напряжений е яглении хрупкого разрушения ионных кристаллов ;и электронном облучении // IV Всесоюзное совещания по воздейс-!ию ионизирующего излучения и света на гетерогенные системы: ib. докл., ч. II, - Кемерово, 1985. - С. 140 - 141.

2. Блинов 3. И. , Геринг Г. II , Ковивчак В. С. Эволюция периоди-:ской структуры разрушения ионных кристаллов при электронном об-'чении //Письма в ЖГФ. -1985. - Т. 12. -В. 19. - 0. 1194 - 1197.

3. Геринг Г. II, Ковивчак В. С. Высокоскоростная кинорегистра-'з процесса разрушения твердых тел, облучаемых скльноточньш ■чками электронов // VII Всесоюзный симпозиум по сильноточной :ектронике: Tes. докл., ч. III. - Томск, 1988. - С. 234-235.

4. Геринг Г. К. , Ковивчак В. С. Исследование кинетики разруше-я ионных кристаллов, облучаемых сильноточными пучками электро-в // VI Всесоюзная конференция по физике диэлектриков: Тез. кл. Секция "Диэлектрики в экстремальных условиях". - Томск, 66. - С. 99.

5. Блинов Б. И. , Геринг Г. И. , Ковивчак 3. С. , Савенко 0. i¿ Не-торые особенности откольного разрушения ионных кристаллов, об-чаемых сильноточным электронным пучком // VI Всесоюзная конфе-нция по физике диэлектриков: Тез. докл. Секция "Диэлектрики в стремальных условиях". - Томск, 1988. - 0. 45.

6. Геринг Г. И., КовиЕчак В. С. Разрушение хрупких материалов пуль сами напряжений, возбуждаемых сильноточными пучками злект-нов //VI Всесоюзная конференция "Физика разрушения": Тез. докл.

II, - Киев, 1989. - С. 344 - 345.

7. Геринг Г. И. , Ковивчак Е С. Исследование радиационно-акус-ческих эффектов при импульсном электронном облучении // VII зсоюзная конференция по радиационной физике и химии неоргани-зких материалов: Гез. докл. , ч. 1. - Рига, 1989. - С. 134.

8. Геринг Г. JL , КоЕивчак В. С. Фоторегистрация процесса раз-ления ионных кристаллов под действием сильноточного электронно-пучка // ПГЭ. - 1989. - N 4. - С. 220 - 221.

9. Геринг Г. И. , Ковивчак В. С. Процесс разрушения хрупких ма-эиэлое под действием сильноточных электронных пучков // Физ. и ,'ля обраб. материалов. - 1989. - N 4. - С. 136 - 138.

10. Геринг Г. TL , Ковивчак В. С. Применение радиационно-акусти-:ккх эффектов для исследования характеристик взаимодействия I с веществом // VIII Всесоюзный симпозиум по сильноточной

электронике: Тез.. докл. , ч. II. - Свердловск, 1990. - С. 204.

11. Геринг Г. Л , Ковивчак В. С. Особенности разрушения тонких пластин, облучаемых сильноточным пучком электронов // Трещно-стойкость материалов и элементов конструкций: Тез. докл. II] Всесоюзного симпозиума по механике разрушения., ч. II. - Киев, 1990. - С. 24 - 25.

12. Ковивчак В. С. Применение сильноточных электронных и ионных пучков в технологии изготовления устройств на ПАВ // Конференция "Акустоэлектронные устройства обработки информации на поверхностных акустических волнах": Тез. докл. - М., 1990. - С. 385 - 386.

13. Геринг Г.И. .Елисеев RA., Ковивчак B.C. Радиационно-акус-тический эффект в высокоомных диэлектриках, облучаемых сильноточными пучками электронов /У I Всесоюзное совещание "Диэлектрика в экстремальных условиях": Доклады, т. 1. - Суздаль, 19S0. - С. 133 - 141.

14. Геринг Г. TL, Елисеев Е А. , Ковивчак Е С. Радиационно-акус-тические эффекты в высокоомных диэлектриках, облучаемых сильноточными пучками электронов // Акуст. журнал. - 1990. - Т. 36. • Е 5. - V. S43 - 945.

15. Блинов В. И., Геринг Г. Е , Елисеев Е А. , Ковивчак Б. С. Савекко 0. М. Исследование радиационно-акустических эффектов в высокоомных диэлектриках под действием сильноточных электронных пучков у/ Динамические процессы в газах и твердых телах (Фиаичес-кая механика; вып. 6) / Под ред. Б. В. Филиппова, С. К Матвеева. -.1: Изд-во ленинградского ун-та, 1990. - С. 159 - 173.

16. Геринг Т. iL, Ковивчак B.C. Диаграммы направленности термоакустического источника, возбужд;.г!',ого б твердых телах сильноточным пучком электронов // Акуст. журнал. - 1991. Т. 31. - N 2.-С. 577 - 579.

17. Геринг Г.И , Ковивчак ЕС. Порог разрушения хрупких материалов, облучаемых сильноточным электронным п.,гчком // Физ, и хим. обработки материалов. - 1991. - N 4. С. 43 - -ö.

18. Геринг Г. И., Ковивчак В. С. Генерация и распространение интенсивных ультразвуковых волн, возбуждаемых б твердых телах электронными пучками больыой плотности // XY Всесоюзная конференция по акустозлектронике и физической акустике твердого тела: Тез. докл. , ч. 1. - Ленинград, 1991. - С. 123.