Кратерообразование и массоперенос в металлах и сплавах при облучении сильноточным пучком электронов микросекундной длительности тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Гулькин Александр Владимирович

КРАТЕРООБРАЗОВАНИЕ И МАССОПЕРЕНОС В МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ СИЛЬНОТОЧНЫМ ПУЧКОМ ЭЛЕКТРОНОВ МИКРОСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ

Специальность 01.04.07-Физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Омск, 2005

Работа выполнена в дочернем государственном предприятии "Институт атомной энергии" регионального государственного предприятия Национальный ядерный центр Республики Казахстан

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Плотников Сергей Викторович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Шаркеев Юрий Петрович;

кандидат физико-математических наук, Ковивчак Владимир Степанович

Ведущая организация:

НИИ Высоких Напряжений при ТПУ (г. Томск)

Защита состоится "13" октября 2005 г. в 14 часов 30 минут на заседании диссертационного совета К212.179.02 при Омском государственном университете по адресу: 644077 г. Омск, пр. Мира, 55а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного университета.

Автореферат разослан "¿3 2005 г.

Учбный секретарь диссертационного совета К212.179.02 кандидат физико-

математических наук, доцент

Вершинин Г.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Радиационная обработка металлов и сплавов пучками заряженных частиц является одним из перспективных направлений развития физики конденсированного состояния. Возрастающий интерес обусловлен возможностью изучения поведения материалов в условиях моделирования работы на установках типа ТОКАМАК и направленного изменения свойств поверхности в технологиях финишной обработки. Изучением процессов, протекающих при облучении, и созданием технологий радиационной обработки в настоящее время занимается большое количество исследователей.

Одним из перспективных и эффективных способов изучения поведения материалов в условиях моделирования работы на установках типа ТОКАМАК и модификации поверхности металлов является облучение импульсными сильноточными пучками электронов. Облучение пучком электронов позволяет модифицировать готовые изделия на глубину до 50-100 мкм. При электронно-лучевой обработке параметры электронного пучка легче контролировать и изменять, чем ионного.

В последнее время для ученых и практиков, занимающихся проблемами физики твердого тела и радиационной физики, представляют интерес эффекты перераспределения элементов и кратерообразования на поверхности материалов под воздействием электронных пучков. Анализ работ показывает, что радиационно-стимулированный массоперенос идёт по нескольким механизмам. Целенаправленные исследования радиационно-стимулированного массопереноса и кратерообразования важны для разработки методов модификации материалов пучками заряженных частиц.

Радиационное воздействие пучками заряженных частиц находит применение для моделирования условий работы отдельных элементов установок типа ТОКАМАК. Использованием сильноточных пучков электронов позволяет моделировать тепловые нагрузки в материалах вакуумной камеры, первой стенки и дивертора. При облучении в поверхностных слоях происходит интенсивный массоперенос, который может привести к неравновесному для обычных условий распределению элементов. Из-за возникающих тепловых нагрузок, вызванных радиационным воздействием, в элементах термоядерной установки имеет место образование кратеров на поверхности. Перераспределение массы в в поверхностных слоях элементах термоядерной установки приводит не только к изменению свойств самих конструкций, но и в ряде случаев способно исказить состав плазмы и оказать влияние на термоядерную реакцию. Во многих случаях образование кратеров является нежелательным эффектом, а в некоторых конструктивных элементах установок типа ТОКАМАК -недопустим. Наличие трещин и разломов в зоне кратера может привести к преждевременному выходу из строя как отдельных элементов, так и

основных узлов установки ТОКАМАК. Образование кратеров зависит от целого ряда причин и тщательно изучается уже на протяжении многих лет.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является изучение кратерообразования и массопереноса в металлах и сплавах при облучении сильноточным пучком электронов микросекундной длительности.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

- экспериментальное исследование процессов массопереноса и кратерообразования в поверхностных слоях металлов и сплавов при облучении сильноточным пучком электронов (СЭП) микросекундной длительности на ускорителе ГСЭП-3 (генератор сильноточного электронного пучка);

- установление ведущего механизма кратерообразования;

- моделирование температурных полей в металлах и сплавах при облучении сильноточным пучком электронов микросекундной длительности ускорителя ГСЭП-3;

- установление механизмов массопереноса путём моделирования перераспределения элементов в сплавах после облучения пучком электронов ускорителя ГСЭП-3.

Научная новизна состоит в следующем:

- установлен ведущий механизм кратерообразования при облучении СЭП с параметрами ускорителя ГСЭП-3 - нитевание пучка электронов;

- предложен способ снижения кратерообразования, заключающейся в выборе таких плотностей тока пучка электронов, при которых нарушается условие нитевания;

- разработана модель массопереноса при облучении пучками заряженных частиц, учитывающая градиенты температуры, градиенты концентрации точечных дефектов и внутренние напряжения в материале;

- путём математического моделирования установлено, что основным механизмом, приводящим к перераспределению компонентов в металлических системах при воздействии импульсного пучка электронов является массоперенос в поле упругих напряжений.

Практическая ценность

Результаты исследований важны для развития представлений о механизмах радиационно-стимулированного массопереноса и кратерообразования в приповерхностных слоях металлов и сплавов в условиях работы на установках типа ТОКАМАК. Полученные результаты могут использоваться в учреждениях и организациях, занимающихся научными исследованиями в области физики конденсированного состояния, практическим внедрением технологий радиационного модифицирования материалов, в частности, финишной обработки металлов пучками заряженных частиц.

Основные положения, выносимые на защиту:

- ведущим механизмом, приводящим к кратерообразованию на поверхности металлов и сплавов при облучении СЭП микросекундной длительности с плотностью тока более 1 кА/см2 и энергией 400-500 кэВ, является нитевание пучка;

- подавление кратерообразования может обеспечиваться снижением плотности тока электронного пучка, при котором нарушается условие нитевания;

- основным механизмом, приводящим к перераспределению элементов в сплавах при облучении СЭП, является массоперенос в поле термомеханических напряжений.

Достоверность полученных результатов и обоснованность научных положений подтверждается достаточным объёмом экспериментальных данных, согласованностью результатов теоретических расчетов и экспериментальных данных, применением современных методов исследований (растровая электронная микроскопия с микрозондовым анализом); корректностью постановки решаемых задач и их физической обоснованностью.

Личный вклад автора. В работах, выполненных в соавторстве, автор принимал активное участие на всех этапах работы. Подавляющее большинство исследований выполнено по инициативе автора и при его непосредственном участии, заключающемся в постановке задачи, выборе средств достижения цели, обсуждении полученных результатов и коррекции на их основе дальнейших исследований. Все наиболее важные результаты диссертации, получены лично автором.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ из них 5 статей.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на: VII Международной школе-семинаре (Барнаул-Усть-Каменогорск, 2003 г); 12* Inter, conf. on radiation physics and chemistry of inorganic materials (Tomsk, 2003 г.); Международной школе-семинаре «Физика конденсированного состояния» (Усть-Каменогорск, 2004 г.); 7th Inter, conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (Tomsk, 2004 г.); IV International Scientific Conference "Radiation-Thermal Effects and Processes in Inorganic Materials" (Tomsk, 2004).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов и списка литературы. Список литературы содержит 105 источников. Общий объём диссертации 124 страницы, в которой содержится 34 рисунка и 7 таблиц.

Во введении дана общая характеристика работы и представлены: актуальность, цель исследования, положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

Первая глава содержит обзор литературных данных по модификации поверхности металлов и сплавов при радиационном воздействии пучками заряженных частиц. Рассмотрены результаты экспериментальных исследований по влиянию облучения пучками заряженных частиц на свойства поверхности. Кратко описаны основные теоретические положения прохождения заряженных частиц через металлы. Рассмотрены основные механизмы формирования поверхностных структур при радиационном воздействии пучками заряженных частиц. Определены основные недостатки моделей, которые используются для описания процессов, происходящих при облучении импульсными пучками заряженных частиц.

На основании анализа литературных данных сформулированы цель и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе дано описание экспериментальной установки -сильноточного импульсного ускорителя электронов ГСЭП-3. Приведены основные технические характеристики установки, описаны технологические узлы ускорителя. Для измерения тока и напряжения применяются оригинальные по конструкции датчики - пояс Роговского и омический датчик напряжения в виде жидкостного делителя в катодной сборке. Значений тока и напряжения регистрируются на запоминающем осциллографе С8-14. Одной из основных частей ускорителя является генератор импульсного напряжения, выполненный по схеме Аркадьева-Маркса. Зарядка конденсаторов генератора осуществляется от специального источника высокого напряжения. Разряд конденсаторной батареи производится поджигом управляемых разрядников в первых двух ступенях генератора импульсных напряжений, остальные разрядники срабатывают самопроизвольно.

Проведены исследования воздействия импульсного электронного пучка на образцы из алюминия, a-Fe, титана, меди, сталей СтЗ, 12Х18Н10Т, сплава ВТ22. Перечисленные материалы широко используются в промышленности. Выбор стали 12Х18Н10Т обусловлен использованием её в качестве основного материала вакуумной камеры и других конструктивных узлов установок ТОКАМАК. ВТ22 исследовался как материал, используемый в отдельных элементах конструкции узлов установок типа ТОКАМАК. Остальные материалы исследовались как часто используемые в промышленности, чистые металлы применялись для исследования изменения рельефа поверхности при облучении. Толщина образцов составляла 1,5-12 мм, площадь была не менее 70-80 мм2. Перераспределения элементов в результате воздействия СЭП изучались с помощью метода рентгеноспектрального микроанализа на JEOL JSM-5610. Металлографические исследования образцов велись на оптическом микроскопе МИМ-8. Перед облучением образцы подвергались механической обработке и травлению. Облучение СЭП проводилось на ускорителе ГСЭП-3. Образцы фиксировались в специальном держателе на аноде. Облучение производилось при различных плотностях тока от 0,9 кА/см2 до 1,5 кА/см2, с

энергией от 0,3 МэВ до 0,5 МэВ, длительностью импульса от 1,5 мкс до 2,5 мкс и давлении внутри камеры от 103 Па до 10"4 Па.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям кратерообразования на поверхности металлов при радиационной обработке СЭП микросекундной длительности.

Облучения металлов и сплавов сильноточным импульсным пучком ► электронов микросекундной длительности на ГСЭП-3 свидетельствуют об

образовании на поверхности микрократеров. Образование кратеров на поверхности металлов связано с локальным перегревом материала и выбросом содержимого кратера на поверхность. Среди наиболее вероятных причин локального перегрева, может быть либо неоднородное распределение частиц в пучке, либо рассеяние поглощенной энергии однородного пучка на различных неоднородностях, дефектах материала, примесях.

Исследование морфологии образцов, обработанных СЭП с различной плотностью тока, показало, что плотность и размеры кратеров зависят от плотности тока электронного пучка и от числа импульсов. С повышением плотности тока от 0,9 до 1,4 кА/см2 плотность кратеров увеличивается в четыре-пять раз. Так для a-Fe средняя плотность кратеров для образцов облучённых СЭП с плотностью тока -0,9 кА/см2, составляет -120 мм"2, а при плотности тока -1,4 кА/см2 -450 мм .

Анализ распределения кратеров по размерам и глубине также показал увеличение образующихся кратеров по мере повышения плотности тока СЭП. При близких режимах облучения наблюдается значительное отличие в размерах кратеров и глубине для разных материалов. Такая зависимость, очевидно, связана с теплофизическими свойствами облучаемых материалов. В каждом случае многократное (более 40) облучение поверхности не приводит к заметному снижению образования кратеров.

Изучение образовавшихся кратеров показывает схожесть их формы. Внешне все кратеры представляют собой воронку с дном параболической формы. Вокруг образовавшейся воронки видны наплывы - результат взрывного выброса материала из центра кратера. В образовавшейся воронке наблюдаются трещины и разломы, восходящие к вершине кратера. Этот эффект связан с локальным перегревом в поверхностных слоях металла с последующим выбросом наружу перегретой массы и быстрым охлаждением. В литературе отмечается, что в случае рассеяния поглощенной энергии однородного пучка на различных неоднородностях и дефектах материала существенное снижение образования кратеров достигается многократным облучением или специальной подготовкой поверхности перед облучением.

В рамках данной работы проводилось многократное облучение металлов микросекундным СЭП на ускорителе ГСЭП-3. Согласно экспериментальным результатам, многократное облучение не приводит к снижению образования кратеров. Для изучения причин образования кратеров проводилось облучение металлов микросекундным СЭП под различным

углом к поверхности металлических образцов и моделирование распределения температурных полей в зоне кратера. Облучение металлических образцов под углом к плоскости пучка выявило зависимость формы кратеров от угла облучения. Облучение под различным углом показало наличие неоднородного оплавления и образование кратеров с вытянутой, эллипсовидной формой, при этом более узкая часть кратера ориентирована в сторону, близкую к катоду. Анализ полученных результатов позволил сделать вывод, что подобные закономерности обусловлены, в основном, с неоднородностями пучка и его геометрией. А причина формирования такой формы кратера связана с наличием микропучков или пинчеванием пучка. Влияние динамики пучка на характер оплавления поверхности изучалось вариацией параметров электрических цепей ускорителя - количеством конденсаторов в генераторе импульсного напряжения.

В работе рассматривается влияние параметров пучка на формирование поверхности при облучении. Вариация параметров пучка проводилась изменением количества конденсаторов в каждой ступени генератора импульсного напряжения ускорителя. При этом удалось снизить плотность тока при практически неизменной энергии частиц пучка. Показано, что такая корректировка параметров пучка электронов приводит к отличительному оплавлению поверхности без образования кратеров. При таком облучении условие линчевания пучка нарушается и образование кратеров не происходит. Такое облучение приводит только к оплавлению поверхности.

Моделирование температурных полей в кратере проводилось исходя из предположения о ведущей роли пинчевания. В работе определены условия возникновения нитей пучка и диаметр нити. Согласно проведённым расчётам диаметр нити составляет от 10"® до 10"7 м. Что на порядок меньше глубины эффективного пробега электронов в исследуемых металлах при облучении на ГСЭП-3. Такие параметры нити удовлетворительно соответствуют условиям взрывного вскипания, происходящего при образовании кратеров. Учитывая, что энергия отдельной "нити" выделяется на глубине до 10 мкм в объеме от 103 мкм3 до 105 мкм3 (средний объем кратеров), можно оценить необходимое количество энергии для известных материалов, для расплавления и испарения этого объема. Расчет показал, что энергия отдельной "нити" лежит в пределах от 10"6 до 10"5 Дж, что соответствует энергии необходимой на расплавление и испарение исследуемых металлов (в указанном объеме).

Как показывают расчёты, распределение температурного поля имеет форму воронки, внутренние части которой нагреты выше температуры плавления. Форма и размеры зоны перегрева повторяют наблюдаемые кратеры. Таким образом, на основании проведённых экспериментов и расчётов можно заключить, что при облучении металлов импульсным пучком электронов на ускорителе ГСЭП-3 ведущим механизмом

кратерообразования является неравномерное распределение плотности электронного пучка, вызванное нитеванием. Указанные рассуждения справедливы для материалов, в которых эффективная глубина пробега электронов на порядок больше диаметра микропучка.

В четвёртой главе представлены экспериментальные результаты исследования перераспределения компонентов после облучения, проведены расчёты распределения тепла при облучении и модель радиационно-стимулированного массопереноса. Разработанная модель отличается от представленных в литературе тем, что одновременно учитываются градиенты температуры, градиенты концентрации точечных дефектов и термомеханические напряжения.

Проведены расчеты распределений поглощенной энергии при различных условиях облучения. Расчёты проводились из предположения равномерного распределения плотности пучка электронов по всей площади облучения. Такое допущение основано на том, что для облучения брались образцы с значительно меньшей площадью облучаемой поверхности по сравнению с площадью всего пучка.

При расчёте распределения температурных полей применялся закон сохранения энергии и закон Фурье к анализу процесса теплопроводности в неподвижной изотропной среде. Это уравнение связывает временное и пространственное изменение температуры: дТ

рс —— = (Ну (Л^ас1Т ) + qv, (1) от

где р - плотность; с- удельная теплоемкость;ду - мощность

внутренних источников теплоты, которая представляет собой количество теплоты, выделяемое источниками в единице объема тела за единицу времени.

В рассматриваемом случае, площадь поверхности образца значительно меньше площади пучка, поэтому задачу распределения температуры можно рассматривать как одномерную. Тогда уравнение (1) примет следующий вид:

дТ д ./гт,\дТ рс — = —Х(т)—+ду. (2)

от Ох дх

Так как величина имеет сложную зависимость от х, то решить

аналитически это уравнение не представляется возможным. Для нахождения профиля температуры использовались неявные конечно-разностные схемы.

Используя, указанную выше модель, рассчитаны температурные поля для металлов и сплавов при облучении импульсным электронным пучком электронов ускорителя ГСЭП-3 (рисунок 1). Расчёт проводился исходя из имеющихся значений временных распределений тока и напряжения на ускорителе.

При расчёте учитывалась зависимость теплоемкости и теплопроводности от температуры.

Т<К)

--А1 — Ре Си-Т|

Рис. 1 Распределение температуры в А1, Ре, Си,Л при облучении СИЭП микросекундной длительности с энергией 500кЭв, 1=2,5 мкс

Напряжения в материале при облучении определялись согласно уравнению:

где«(, я, ц - линейный коэффициент температурного расширения и

постоянные Ляме материала.

Расчёты показывают, что облучение приводит к плавлению поверхности. Плавление начинается во внутренних слоях материала с последующим проплавлением поверхности. Глубина расплавленного слоя и температура поверхности определяются энергией пучка и плотностью тока. Облучение приводит к неравномерному распределению тепла в облучаемом материале. График распределения температуры по глубине имеет параболический вид, максимум которого с ростом температуры приближается к поверхностным областям облучаемого материала. Плавление сопровождается «прогревом», т.е. отсутствием изменения температуры по глубине в области соответствующей фазовому переходу. После окончания импульса происходит быстрое снижение температуры: примерно через 3-4 образец остывает до температуры окружающей среды. По причине

неравномерного распределения тепла происходит деформация кристаллической решётки и возникновение внутренних напряжений.

Распределение температуры, концентрации вакансий и напряжений по толщине образца будем считать известным. Согласно разработанной модели получено кинетическое уравнение, определяющее концентрацию Св компонента В в произвольный момент времени, имеет вид:

где: сА, св, су - концентрация компонентов А, В и вакансий, Р/Е -напряжение в материале, Ь - параметр решётки, к - постоянная Больцмана, Ел, Ев - энергия активации атомов сорта А и В, Т - температура, о -напряжение, й - коэффициент диффузии, х - координата, г - время.

Концентрация компонента определяется четырьмя слагаемыми. Первый член описывает концентрационную диффузию, второй член представляет процесс термодиффузии по неравновесным вакансиям. Направлен такой поток в сторону, противоположную градиенту температуры, т.е. более подвижный компонент накапливается у холодного конца образца. Третий член в правой части описывает процесс перераспределения элементов, вызванный неоднородным по толщине распределением неравновесных вакансий. В данном случае более подвижный компонент должен перемещаться к поверхности образца. Четвёртое слагаемое представляет собой барродиффузию под действием механических напряжений.

Разработанная модель применялась для объяснения перераспределения элементов в сталях после облучения импульсным пучком ионов и электронов.

Проведено исследование распределения концентрации элементов в металлических системах после облучения сильноточным пучком электронов ускорителя ГСЭП-3. Результаты исследований показывают, что распределение элементов после облучения не равномерно. Происходят локальные флуктуации концентрации элементов. Толщина слоя, в котором происходит изменение концентрации элементов, достигает 50 мкм (рисунок 2).

—Л -V -ЧЛ

»СГ

а) б)

Рис. 2 Распределение элементов в ВТ22 (а) и 12Х18Н10Т (б) после облучения электронами с Е=500 кэВ, плотность тока 1 кА/см2, длительность импульса 2,5мкс.

Согласно полученному уравнению проведены расчеты концентрационных профилей никеля и хрома в железной матрице 12Х18Н10Т и алюминия в ВТ22. Результаты расчетов согласуются с экспериментальными данными полученными для указанных материалов, облученных пучком электронов ускорителя ГСЭП-3.

На основе расчетов проведен анализ влияния каждого механизма диффузии (термодиффузия, диффузия под действием градиента концентрации вакансий, барродиффузии) на перераспределение элементов. При облучении пучками электронов укорителя ГСЭП-3 преобладающим механизмом является массоперенос в поле напряжений. Расчеты показывают, что для возникновения наблюдаемого массопереноса необходимо создание в материале значительной концентрации точечных дефектов (до 10"3 ат. д.). Подобную концентрацию точечных дефектов обеспечивает облучение. Наблюдаемое перераспределение элементов возможно при воздействии в совокупности поля напряжений и неравновесного распределения точечных дефектов. Результаты расчётов концентрации элементов согласуются с экспериментальными данными.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Определён ведущий механизм образования кратеров на поверхности металлов при воздействии СЭП. Кратерообразование происходит вследствие нитевания пучка электронов.

2. Экспериментально установлено отсутствие образования кратеров в случае облучения пучком электронов со сниженной плотностью тока, при сохранении энергии частиц.

4. В результате облучения электронным пучком ускорителя ГСЭП-3 происходит сегрегация элементов в металлических системах. Глубина, в которой происходит сегрегация, составляет 50 мкм.

5. Разработана модель и получено кинетическое уравнение массопереноса с учётом барродиффузии.

6. Проведён расчёт распределения элементов в облученных материалах. Анализ расчётов и экспериментальных результатов показывает, что для возникновения массопереноса необходимы следующие условия: 1) концентрация точечных дефектов для обеспечения вакансионного и межузельного механизмов диффузии; 2) высокая температуры для активации процесса диффузии и, как следствие, увеличение коэффициента диффузии; 3) волны напряжений. Последний фактор является преобладающим.

Основные публикации по теме диссертации:

1. Плотников С.В., Постников Д.В., Гулькин А.В. Фазообразование в системах Ni-Cr, Ni-Fe, Cr-Fe, Al-Fe при облучении пучком электронов // Тез. докл. 3-ей международной конференции, «Ядерная и радиационная физика», Алматы 2001 г., С. 368.

2. Postnikov D.V., Plotnikov S.V., Gulkin A.V. Masstransfer in solid displacement solutions under irradiation by electrons beam // Тез. докл. 3-ей международной конференции, «Ядерная и радиационная физика», Алматы 2001 г., С. 206.

3. Postnikov D.V., Plotnikov S.V., Gulkin A.V. Formation and growth of germs of a new phase under irradiation by electron beams // Abstr. China-Russia Seminar on Nonequilibrium Phase Transition under Ultra-Conditions, Yanshan University, Chine, July 29-31,2001, p. 120.

4. Плотников C.B., Постников Д.В., Гулькин А.В. Перераспределение примеси на границах зерен в стали 40Х при облучении пучком электронов // Известия ВУЗов, Физика, 2002, №8, С. 116-123.

5. Плотников С.В., Постников Д.В., Гулькин А.В. Перераспределение элементов при импульсном облучении // Abstr. Chaos and structures in nonlinear system. Theory and experiment. 3rd Inter, conf. Karaganda. 2002, C. 151-152.

6. Плотников C.B., Постников Д.В., Гулькин А.В. Образование кратеров на поверхности металлов при облучении импульсным пучком электронов И Abstr. Chaos and structures in nonlinear system. Theory and experiment. 3rd Inter, conf. Karaganda. 2002, c. 150-151.

7. Постников Д.В., Плотников C.B., Кузьминых B.A., Гулькин А.В. Расчет теплового поля при облучении сильноточным импульсным пучком электронов микросекундной длительности // Abstr. Chaos and structures in nonlinear system. Theory and experiment. 3rd Inter, conf. Karaganda. 2002, c. 148-150.

8. Постников Д.В., Плотников C.B., Кузьминых B.A., Гулькин А.В. Расчет температурного поля при облучении сильноточным пучком электронов микросекундной длительности // Тез. докл. VII Международной школы-семинара. 25-29 июня 2003г. Барнаул. С. 148.

9. Плотников С.В., Постников Д.В., Гулькин А.В. Образование кратеров на поверхности металлов при облучении импульсным электронным пучком // Тез. докл. VII Международной школы-семинара. 25-29 июня 2003г. Барнаул. С. 150.

10. Плотников С.В., Постников Д.В., Гулькин А.В. Перераспределение элементов при импульсном облучении // Тез. докл. VII Международной школы-семинара. 25-29 июня 2003г. Барнаул. С. 151.

П. Плотников С.В., Постников Д.В., Гулькин А.В. Кратерообразование на поверхности металлов при облучении импульсным электронным пучком // Тез. докл. 4-ой международной конференции, «Ядерная и радиационная физика», Алматы, 2003. С. 296-297.

12. Плотников С.В., Постников Д.В., Гулькин А.В. Изменение поверхностных свойств при облучении импульсным электронным пучком // Тез. докл. «Физические свойства металлов и сплавов», Всеросийская научно-техническая конференция, Екатеринбург, 2003. С. 74.

13. Плотников С.В., Постников Д.В., Гулькин А.В. Перераспределение компонентов в сплавах на основе железа при импульсном облучении // 12th Inter, conf. on radiation physics and chemestry of inorganic materials: Proceedings. Tomsk, 2003, p. 413-417.

14. Плотников C.B., Постников Д.В., Гулькин А.В. Перераспределение элементов в сплавах при импульсном облучении пучками заряженных частиц // Тез. докл. Международной школы-семинара «Физика конденсированного состояния», Усть-Каменогорск, 2004. С. 113-114.

15. Postnikov D.V., Plotnikov S.V., Gulkin A.V. Mass Transfer at Impulse Exposure to Beam of Charged Particles // 7th Inter, conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: Proceedings. Tomsk, 2004, p. 360-363.

16. Плотников C.B., Постников Д.В., Гулькин А.В. Перераспределение элементов при импульсном облучении пучками заряженных частиц // Radiation-Thermal Effects and Processes in Inorganic Materials: Proceedings. IV International Scientific Conference 12-19 August, Tomsk, 2004, p 354-357.

17. Plotnikov S.V., Postnikov D.V., Sadilov K.A., Gulkin A.V. Crater Generation and Mass Transfer at Irradiating by Heavy-Current Impulse Electron Beam // Abstr. 8 * International Conference Solid State Physics, 23-26 August, Almaty, 2004, p 100-101.

18. Plotnikov S.V., Postnikov D.V., Sadilov K.A., Gulkin A.V. Modeling of Thermal Heating of Materials in Crater at HIEB Irradiation // Abstr. 8 л International Conference Solid State Physics, 23-26 August, Almaty, 2004, p 212214.

19. Плотников C.B., Постников Д.В., Гулькин А.В. Радиационное образование кратеров на поверхности металлов при облучении импульсным электронным пучком микросекундной длительности // Вестник Национального Ядерного Центра Республики Казахстан, выпуск 4(20), Курчатов, 2004, с. 72-75.

На правах рукописи

Гулькин Александр Владимирович

КРАТЕРООБРАЗОВАНИЕ И МАССОПЕРЕНОС В МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ СИЛЬНОТОЧНЫМ ПУЧКОМ ЭЛЕКТРОНОВ МИКРОСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ

Специальность 01.04.07 - Физика конденсированного состояния

Автореферат

диссертации на соискание учбной степени кандидата физико-математических наук

Принято в печать 20.06.05 Формат 60x84 1/16. Тираж 100.

Печ. листов 0,7 Заказ № ¿/01

Полиграфический центр КАН 644050, г. Омск, пр.Мира, 32, тел.: (3812) 65-47-31 Лицензия ПЛД № 58-47 от 21.04.97 г.

ИЗО 18

РНБ Русский фонд

2006-4 14692

Введение.

1 Радиационная обработка как метод модификации металлических материалов (обзор).

1.1 Электронно-лучевая обработка поверхности металлов.

1.2 Радиационный нагрев металлов при обработке пучками заряженных частиц.

1.3 Радиационно-стимулированные диффузионные процессы при облучении пучками заряженных частиц.

1.4 Образование кратеров при радиационной обработке.

1.5 Применение радиационной обработки для модификации материалов.

2 Методика и оборудование эксперимента.

2.1 Импульсный ускоритель электронов как инструмент в модификации поверхности металлических материалов.

2.2 Система измерения импульсных напряжений и токов на ускорителе ГСЭП-3.

3. Модификация поверхности металлов при облучении микросекундным СЭП.

3.1 Экспериментальное изучение кратерообразования на поверхности металлов при облучении импульсным пучком электронов.

3.2 Формирование поверхностных структур под влиянием неравномерного распределения плотности электронного пучка.

3.3 Моделирование температурных полей в кратере.

4. Массоперенос в металлах при облучении пучками заряженных частиц.

4.1 Моделирование температурных полей в металлах при облучении микросекундным СЭП.

4.2 Массоперенос на поверхности металлов при облучении микросекундным СЭП.

4.3 Кинетическая модель диффузии в поле градиентов температуры, точечных дефектов и внутренних напряжений.

4.4 Применение разработанной модели для исследования массопереноса на поверхности металлов при облучении микросекундным СЭП.

Актуальность работы. Радиационное облучение поверхности металлов применяется в промышленности, как этап финишной обработки. Несомненным преимуществом такой обработки является возможность формирования уникальных поверхностных свойств, которые невозможно создать при других видах обработки. Воздействие концентрированных потоков энергии позволяет значительно улучшить эксплуатационные свойства металлов и сплавов.

В последнее время для ученых и практиков, занимающихся проблемами физики твердого тела и радиационной физики, представляют интерес эффекты перераспределения элементов и морфологические изменения на поверхности материалов под воздействием электронных пучков.

Экспериментальные результаты показывают, что при облучении импульсным пучком электронов с энергией 300-500 кэВ можно получать покрытия или модифицировать готовые изделия на глубину до 50-100 мкм. При электронно-лучевой обработке параметры электронного пучка легче контролировать и изменять, чем ионного. Для обработки поверхностных слоев (более 1 мкм) наиболее приемлемым, а иногда и единственно возможным, является воздействие электронным пучком.

Одним из основных процессов, приводящих к модификации поверхностных свойств материала при данном виде радиационной обработки, является процесс массопереноса компонентов сплава. Распределение элементов, возникающее в материале в ходе облучения, может существенно отличаться от равновесного распределения в обычных условиях. Облучение импульсными электронными пучками с энергией 300500 кэВ приводит к изменению структуры твердых тел. Образованные в результате воздействия пучков электронов дефекты стимулируют процессы массопереноса компонентов сплава, которые приводят к перераспределению элементов.

Формирование поверхности под действием импульсных электронных пучков с энергией 300-500 кэВ определяется значительными морфологическими изменениями. Такие изменения связаны с оплавлением поверхности и образованием микрократеров.

Воздействие пучков заряженных частиц находит применение для модельных испытаний материалов, работа которых в реальных условиях связана со значительными нагрузками, вызванными радиационным облучением. Моделирование тепловых нагрузок на материалы дивертора, первой стенки, вакуумной камеры и элементов диагностического оборудования установок типа ТОКАМАК в настоящее время проводится с использованием импульсных электронных пучков.

Целью настоящей работы является изучение кратерообразования и массопереноса в приповерхностных слоях металлов и сплавов при облучении сильноточным пучком электронов микросекундной длительности в условиях моделирования тепловых нагрузок установок типа ТОКАМАК.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

- экспериментально изучить процессы массопереноса и кратерообразования в поверхностных слоях металлов и сплавов при облучении сильноточным пучком электронов (СЭП) микросекундной длительности на ГСЭП-3;

- определить ведущую роль процесса приводящего к образованию кратеров на поверхности;

- провести расчёт профилей распределения температуры в металлах при облучении сильноточным пучком электронов микросекундной длительности на ГСЭП-3;

- разработать модель массопереноса при облучении СЭП; рассчитать радиационно-стимулированное перераспределения компонентов сплава.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней: определено, что ведущим механизмом кратерообразования при облучении СЭП с параметрами ускорителя ГСЭП-3 является нитевание пучка электронов; предложен способ снижения кратерообразования, который заключается в выборе таких плотностей тока пучка электронов при которых нарушается условие нитевания; разработана модель массопереноса при облучении пучками заряженных частиц, учитывающая влияние изменения параметров решётки; проведены расчёты распределения примесей при воздействии импульсного пучка электронов; установлено, что основным механизмом, приводящим к перераспределению элементов, является массоперенос в поле упругих напряжений.

Практически все приведённые в работе данные содержат в себе элемент новизны.

Практическая ценность

Результаты исследований важны для развития представлений о механизмах радиационно-стимулированного массопереноса и кратерообразования в условиях воздействия сильноточного импульсного пучка электронов. Полученные результаты могут использоваться в учреждениях и организациях, занимающихся как научными исследованиями в области физики конденсированного состояния, так и практическими работами радиационного модифицирования металлов, в частности, при моделировании срыва плазмы на установках типа ТОКАМАК.

Основные положения, выносимые на защиту:

- основным процессом, приводящим к кратерообразованию на поверхности металлов и сплавов при их облучении СЭП микросекундной длительности с плотностью тока более 1 кА/см и энергией 400-500 кэВ, является нитевание пучка; подавление кратерообразования обеспечивается снижением плотности тока электронного пучка и увеличением энергии частиц пучка, при котором нарушается условие нитевания;

- основным механизмом, приводящим к перераспределению элементов при облучении СЭП, является массоперенос в поле термических напряжений.

Достоверность полученных результатов и обоснованность научных положений подтверждается достаточным объёмом экспериментальных данных, согласованностью результатов теоретических расчетов и экспериментальных данных, применением современных методов исследований (электронная микроскопия с микрозондовым анализом); корректностью постановки решаемых задач и их физической обоснованностью.

Личный вклад автора. Все экспериментальные результаты, вошедшие в диссертацию, получены лично автором. Подавляющее большинство исследований выполнено по инициативе автора и при его непосредственном участии, заключающемся в постановке задачи, выборе средств достижения цели, обсуждении полученных результатов и коррекции на их основе дальнейших исследований.

Апробация работы. Основные результаты работы были изложены и обсуждены на следующих научных конференциях: VII Международная школа-семинар, 2003 г, Барнаул-Усть-Каменогорск; 12th Inter, conf. on radiation physics and chemistry of inorganic materials, Tomsk, 2003 г.; «Физика конденсированного состояния» Международная школа-семинар, Усть-Каменогорск, 2004 г.; 7th Inter, conf. on Modification of Materials with Particle

Beams and Plasma Flows, Tomsk, 2004 г.; IV International Scientific Conference "Radiation-Thermal Effects and Processes in Inorganic Materials'", Tomsk, 2004.

Публикации. Материалы диссертационной работы изложены в 19 работах.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов и списка литературы. Список литературы содержит 105 источников. Общий объём диссертации 124 страницы, в которой содержится 34 рисунка и 7 таблиц.

Выводы:

1. При облучении металлов импульсным пучком электронов микросекундной длительности на поверхности происходит значительное изменение рельефа поверхности. Изменение рельефа связано с оплавлением поверхности и образованием кратеров. Форма и размер кратеров зависят от плотности тока пучка и напоминают воронку. Образование кратеров вызвано локальным выделением энергии в ограниченном объёме. Многократное облучение импульсным пучком электронов не приводит к заметному снижению образования кратеров на поверхности металлов.

2. Локальное выделение энергии, вызывающее образование кратеров, происходит вследствие неравномерного распределения плотности электронного пучка. Неравномерное распределение плотности пучка электронов вызвано сжатием фрагментов пучка в нити. Моделирование температурного поля при воздействии одного из фрагментов пучка показывает для материалов, в которых эффективная глубина пробега электронов на порядок больше диаметра микропучка, что распределение имеет форму воронки, внутренние части которой нагреты выше температуры плавления. Форма и размеры зоны перегрева повторяют наблюдаемые кратеры. Таким образом, можно заключить, что при облучении металлов импульсным пучком электронов на ускорителе ГСЭП-3 ведущим при кратерообразовании является неравномерное распределение плотности электронного пучка вызванное нитеванием.

3. Экспериментально установлено, что изменение рельефа облучённой поверхности связано не только с неоднородностью плотности пучка, но и с временной зависимостью энергии и плотности тока пучка. В случае изменения формы плотности тока и энергии пучка на колебательную происходит значительное снижение кратерообразования, оплавление рельефа при этом сохраняется. Корректировка формы плотности тока и энергии пучка на колебательную возможна при изменении параметров генератора импульсного напряжения на ускорителе. Моделирование тепловых полей при таком облучении показывает, что в расплавленном состоянии поверхность находится более длительное время.

4. Облучение импульсным пучком электронов приводит к изменению концентрации элементов в металлических системах. Глубина на которой происходят такие изменения достигает 50 мкм. Изменение элементного состава наблюдается на поверхности кратеров. Используя разработанную модель массопереноса, проведены расчёты распределения элементов на поверхности кратеров. Расчёты согласуются с экспериментальными результатами и свидетельствуют, что для возникновения наблюдаемого массопереноса необходимо создание в материале значительной концентрации точечных дефектов (до 10"3 ат. д.). Подобную концентрацию точечных дефектов обеспечивает облучение. Наблюдаемое перераспределение элементов возможно при воздействии в совокупности поля напряжений и неравновесного распределения точечных дефектов. При облучении СЭП на ГСЭП-3 преобладающим механизмом массопереноса компонентов сплавов является термические напряжения в материале.

Заключение

В работе рассмотрено одно из важнейших направлений радиационного материаловедения — воздействие сильноточного импульсного пучка электронов микросекундной длительности. Изучены основные механизмы формирования свойств поверхности — диффузия и образование кратеров.

В работе разработана кинетическая модель массопереноса в металлических системах при облучении сильноточными импульсными пучками электронов. На основании разработанной модели получено кинетическое уравнение массопереноса. Модель позволяет проводить расчёт распределения компонентов сплава после облучения.

При облучении основными механизмами, приводящими к перераспределению элементов, являются вакансионный механизм, термодиффузия и термоупругие напряжения в материале. Преобладающим механизмом перераспределения элементов при облучения являются термические напряжения в материале.

Экспериментально изучен процесс образования кратеров при облучении СЭП микросекундной длительности. Определяющим фактором формирования кратеров на поверхности является локальное выделение энергии при филоментации пучка. Филоментация пучка становится определяющим фактором при кратерообразовании, когда эффективный пробег частиц пучка на порядок выше диаметра нити.

1. Полетика М.Ф., Полещенко К.Н., Брюхов В.В. Модифицирование свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц. // Тез. докл. Томск, 1988. С.106-107.

2. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы. М.: Металлургия, 1990. -216с.

3. King Wayne Е., Beneder R., Merkle К. L., Meshu M. Damage effects of high energy electrons on metals. "Ultramicroscopy", 1987, 23, №3-4, 345-354.

4. Войценя B.C., Гужова C.K., Титов В.И. Воздействие низкотемпературной плазмы и электромагнитного излучения на материалы. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 224 с.

5. Готт Ю.В. Взаимодействие частиц с веществом в плазменных исследованиях. М.: Атомиздат, 1978. - 272 с.

6. Модифицирование и легирование поверхности лазерным, ионным и электронным пучками Под. ред. Дж. М. Пута, Г. Фоти, Д. К. Джекобсона. — М.: Машиностроение, 1988.

7. Ерохин А. А. Основы сварки плавлением. Физико-химические закономерности. М.: Машиностроение, 1967 г.

8. Анисимов С. И., Имас Я. А., Романов Г.С. Действие излучения большой мощности на металлы. М.: Наука, 1970 г.

9. Диденко А.Н. и др. Воздействие пучков заряженных частиц на поверхность металлов и сплавов. М.: Атомиздат, 1987.- 234с.

10. Zenker R., Muller М. Electron beam hardening. Part. 1 : Principles, process technology and prospects. Heat Treat Metals.-1988.-15. №4, c.79-88

11. Дементьев А. П., Раховская О. В. Исследование взаимодействия электронного пучка с поверхностью монокристалла MgO // Поверхность: Физ., химия, мех., 1987, №12, -С. 140-142.

12. Ковальченко М. С., Огородников В. В., Роговой Ю. И., Крайний А. Г. Радиационное повреждение тугоплавких соединений. М.: Атомиздат, 1979. - 160 с.

13. Шалаев A.M. Радиационно-стимулированная диффузия в металлах. М.: Атомиздат, 1972. - 146 с.

14. Костин Д.В., Шипатов Э.Т. Генерация тормозного излучения электронами со сплошным спектром в двухслойных мишенях // Атомная энергия. 1999. -Т. 86, вып. 2.-С. 126-129.

15. Ши Д. Численные методы в задачах теплообмена: пер. с англ. М.: Мир, 1988.-544 с.

16. Владимирский Р.А., Лившиц В.Б., Паюк В.А., Плотников С.В., Кузьменых В.А. О возможности использования облучения электронами высоких энергий для легирования материалов // Металлы.- 1988.-№5.-С.128-133.

17. Шаяхметова А. Расчет температур в зоне воздействия концентрированных потоков энергии // Изв. АН УзССР. Сер. физ.-мат. н. — 1988. №5.-С. 69-72.

18. Kuzminih V.A., Vorobiev S.A., Plotnikov S.V. Stydy of generation of secondery elektrons and radiation defects in alhali halides irradiated with swift electrons. Rad. Eff. 1979. Vol. 40.-P. 135.

19. Плотников С.В., Владимирский Р.А., Лившиц В.Б., Кузьминых В.А., Гейнеман А.Э. Массоперенос в многослойных системах при электронном облучении // Труды II Междунар. конф. по электроннолучевым технологиям, ЭЛТ-88, Варна, Болгария, 1988.-С. 295-296.

20. Асаинов О. X., Кривобоков В. П., Сапульская Г. А., Тепловые эффекты на поверхности металлов при воздействии импульсных ионных пучков // Взаимодействие атом, частиц с твёрдым телом. Материалы 8 Всес. конф., 7-9 января, 1987. Т2. М., 1987, 331-332

21. Вершинин Г.А. Моделирование температурно-фазовых изменений в поверхностных слоях твёрдых сплавов при воздействии мощными ионными пучками // Поверхность. Физика, химия механика, 1995. №5. С. 55-57.

22. D'Anna Е., Leggeri G., Luches A., Mazni G. Chromium silicide formation with multiple electron beam pulses. "Thin Solid Films" 1986, 140, №1, 163-166

23. Козырь И.Г., Бородин P.B., Воропаев A.B., Потапов В.Г. Структура и свойства инструментальной стали после обработки электронным пучком и термического отпуска // Физика и химия обработки материалов. —1998. №3. С. 30-33.

24. Шалаев A.M. Радиационно-стимулированные процессы в металлах. М.: Атомиздат, 1988.-175 с.

25. Диденко А.Н., Лигачев А.Е., Куракин И.В. Воздействие пучков заряженных частиц на поверхность металлов и сплавов. — М.: Эноргоатомиздат, 1987.-183 с

26. Корнюшин Ю.Д. Распределение по глубине вакансий, возникающих при облучении поверхности твёрдого тела потоком ускоренных ионов // ЖТФ, 1998, том 68, №4 С.60-65.

27. Буренков А.Ф., Комаров Ф.Ф., Кумаков М.А., Темкин М.М. Пространственное распределение энергии, выделенной в каскаде атомных столкновений в твердых телах. М.: Энергоатомиздат, 1985.-246 с.

28. Маннинг Дж. Кинетика диффузии атомов в кристаллах. Пер. с англ.-М.: Мир, 1971.-277с.

29. Смирнов А.А. Теория размещения внедренных атомов разных сортов по междоузлиям различного типа в сплавах внедрения // Доклады АН УССР. -1987. -№10.-С. 51-56.

30. Грузин П.Л., Иванов А.В., Клопинов Е.Б., Семенихин А.Н. Распределение дефектов по глубине в облученном импульсом электронов в титане, измеренное методом аннигиляции позитронов // Журнал технической физики. 1985. № 11 .-С. 2257-2259.

31. Пирогов А.А. Палагашвили Е.И. Моделирование на ЭВМ диффузионно-контролируемого накопления невзаимодействующих френкелевских дефектов в трехмерных решетках // Изв. АН Латв. ССР, Сер. физ.-тех. наук. — 1985. №6.-С. 113-117.

32. Murphy S.M. Theoretical modeling of solute segregation to a free surface in irradiated dilute alloys. Phis. mag. A. 1989, V. 59, №5.-P. 945-953.

33. Девятко Ю.Н., Трошин B.H. Кинетическое уравнение взаимодействия точечных дефектов в облученном металле // Доклады АН СССР. — 1989. —Т. 308, №4.-С. 254-257.

34. Вершинин Г. А., Геринг Г. И., Субочева Т. В. Волновой механизм массопереноса в металлических системах при многократном импульсном воздействии // Вестник Омского университета, 2001. №4. С.22-24.

35. Крестелев А. И. Кинетика массопереноса, инициируемого ударным импульсом. Физика проблем импульсной обработки металлов и сплавов.-Куйбышев, 1988.-С. 88-94

36. Pischasov N. I., Panova Т. К., Kovivchak V. S. Modeling of Temperature Fields and Diffusion Processes in Materials under Irradiation with High Power Ion Beams // Surface Investigation, 2001. Vol. 16, pp. 753-760.

37. Vershinin G. A., Poletshenko K. N., Povoroznjuk S. N., Keb V. V., Subocheva Т. V. Mass Transfer in Heterogeneous Materials under Irradiation with High-Intensity Beams of Charged Particles // Surface Investigation, 2001. Vol. 16, pp. 761-767.

38. Земский С. В., Карпельев В. А., Рябчиков Е. А. Вопросы теории диффузии, стимулированной импульсом высокого давления // "Физика и техника высоких давлений" (Киев), 1984, №16, с. 54-57.

39. Царевская Т. С. Влияние полей упругих напряжений на диффузионное перераспределение примесей // Горьк. политех. ин-т.-Горький, 1989-6 е.: ил.-Библиогр.: 2 назв.-Рус.-Деп. в ВИНИТИ. 08.02.89-№843-В89.

40. Плотников С.В., Постников Д.В., Кузьминых В.А. Влияние облучения на массоперенос в бинарных системах // 36 науч.-тех. конф. ВКТУ, 1998.-С.238.

41. Плотников С.В., Постников Д.В. Модель радиационно-стимулированного перераспределения элементов в сплавах // Региональный вестник востока. №2, 1999, С. 25-36.

42. Писчасов Н. И., Николаев А. В. Модифицирование структуры и свойств твёрдых сплавов системы WC-Co сильноточными пучками заряженных частиц // Вестник Омского университета, 1996, Вып. 2. С. 39-43.

43. Кривобоков В. П., Пащенко О. В., Сапульская Г. А. Исследование механизмов интенсивного переноса атомов в веществе, облучаемом мощными наносекундными пучками заряженных частиц // ЖТФ. 1994 Т.64.-Вып. 5.-С.37-42.

44. Блейхер Г.А., Кривобоков В.П., Пащенко О.В., Янин С.Н. Влияние изменения плотности твёрдого тела на диффузионную подвижность атомовпри облучении мощными наносекундными пучками заряженных частиц // ЖТФ. 1998. Т.24 Вып. З.-С. 75-79.

45. Гусаров А. В., Жуков В. П. Численное моделирование кратерообразования при столкновении тяжёлого иона с твёрдым телом // Поверхность: Физ., химия, мех.-1988.-№12.-с.61-64.

46. Волков Н.Б., Майер А.Е., Яловец А.П. О механизме кратерообразования на поверхности твёрдых тел при воздействии интенсивных пучков заряженных частиц // ЖТФ, 2002, Т.72, В.8.-С. 34-43

47. Панова Т.К., Ковивчак B.C., Писчасов Н.И. Кратерообразование на поверхности титановых сплавов при облучении мощным ионным пучком // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2000, №5. С.23-26.

48. Анисимов С. И., Имас Я. А., Романов Г.С. Действие излучения большой мощности на металлы. М.: Наука 1970 г.

49. Рыкалин Н. Н., Зуев И. В., Углов А. А. Основы электронно-лучевой обработки материалов. М.: Машиностроение 1978 г.

50. Калиновский А.И., Мохов Н.В., Никитин Ю.П. Прохождение частиц высоких энергий через вещество. М.: Энергоатомиздат, 1985. -248с.

51. Шулов В.А. Модификация свойств жаропрочных сплавов непрерывными и импульсными ионными пучками: Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора физико-математических наук. Минск, 1994 г.

52. Плотников С.В., Ердыбаева Н.К., Постников Д.В. Исследование коррозионных свойств а-железа обработанного импульсным ионным пучком // Тезисы докладов студенческой научной конференции. Усть-Каменогорск: Изд. ВКГУ, 1999.-С. 153-154.

53. Гончаренко И.М., Итин В.И., Исаченко С.В. и др. Повышение коррозионной стойкости стали 12Х18Н10Т при обработке низкоэнергетичным электронным пучком // Защита металлов.-1993 .-Т.29, №6.-С.932-937.

54. Козырь И.Г., Бородин Р.В., Воропаев А.В., Потапов В.Г. Структура и свойства инструментальной стали после обработки электронным пучком и термического отпуска // Физика и химия обработки материалов. — 1998. -№3.-С. 30-33.

55. Storch Wilmfried, Brenner Bernat, Schulze Klaus-Rainer. Anwendung von Laser- und Elektronenstrahltechnologien im Turbinenbau // Swiesstechnik (DDR). -1988.-38, №12. -c 551-552, 530.

56. Dos Santos C.A., Behar M., Baumiol I.R. Surface modification and the mechanical properties of carbon steels implanted with nitrogen // J. Phyl. D. Appl. Phys. 1984. - №3,-P. 551-562.

57. Диденко A. H., Асаинов О. X., Кривобоков В. П., Логачёв Е. И., Ремнёв Г. Е. Аморфизация поверхности сплавов при облучении импульсными наносекундными пучками ионов// Поверхность: Физ., химия, мех., 1985, №1, С. 150-154.

58. Махкамов Ш, Турсунов Н.А., Ашуров М., Саидов Р.П. Исследование влияния условий электронного облучения на процесс образования радиационных дефектов в кремниевых структурах // Сб. науч. тр. «Ядерная и радиационная физика», Алматы, 1999.-С. 190-195.

59. Зайкин Ю.А., Алиев Б.А. Радиационные эффекты в мелкодисперсных металлических средах // Сб. науч. тр. «Ядерная и радиационная физика», Алматы, 1999.-С. 71-75.

60. Iwaki М. Ion implantation in Japan in nonsemiconductor fields // Mater. Sci. and Eng. A. 1989. -115.-е. 369-376.

61. Шалаев A.M. Свойства облученных металлов и сплавов. — Киев: Наукова думка, 1980.-306 с.

62. Месяц Г. А., Осипов В. В., Трасенко В. Ф. Импульсные газовые лазеры -М.: Наука, 1991

63. Гусев В. К., Голант В. Е., Гусаков Е. 3. и др. Сферический токамак Глобус -//ЖТФ, 1999, Т.69. В.9-С.58-62.

64. Панин В.В., Степанов Б.М. Измерение импульсных магнитных и электрических полей. М.: Энергоатомиздат, 1987.

65. Sakharov N.V., Bender S.E., Golant V.E., et al, Investigation of Equilibrium in Globus-M Ohmic Plasmas // 28th EPS Conf. on Contr. Fusion and Plasma Phys., Funchal, Madeira, 18-22 June 2001, paper PI.020.

66. Денбновский С. В., Денисов А. Ф., Казимянец В. Н. Запоминающие электронно-лучевые осциллографы. Москва, «Радио и связь», 1990 г., 148 с.

67. Абрамян Е. А., Альтеркоп Б. А., Кулешов Г. Д. Интенсивные электронные пучки. Физика, техника, применение. М.: Энергоатомиздат, 1984.

68. Лукьянов С. Ю. Горячая плазма и управляемый термоядерный синтез. -М.-Наука, 1975,408 с.

69. Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля. М. «Мир», 1972,383 С.

70. Кузьминых В.А., Плотников С.В., Постников Д.В. Моделирование нагрева твердого тела при облучении микросекундным сильноточным пучком электронов // 2-я международная конференция, «Ядерная и радиационная физика».-Алматы, 1999.-С. 254.

71. Плотников C.B., Постников Д.В., Гулькин А.В. Образование кратеров на поверхности металлов при облучении импульсным электронным пучком // VII международная школа-семинар, 25-29 июня 2003, С. 150-151.

72. Плотников С.В., Постников Д.В., Гулькин А.В. Кратерообразование на поверхности металлов при облучении импульсным электронным пучком // VI Inter. Conf. Nuclear and radiation physics, Almaty, 2003, s. 297-298.

73. Панова Т.К., Ковивчак B.C., Писчасов Н.И. Кратерообразование на поверхности титановых сплавов при облучении мощным ионным пучком // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2000, №5. С.23-26.

74. Плотников С.В., Постников Д.В., Гулькин А.В. Радиационное образование кратеров на поверхности металлов при облучении импульсным электронным пучком микросекундной длительности // Вестник

75. Национального Ядерного Центра Республики Казахстан, выпуск 4(20), Курчатов, 2004, с. 72-75.

76. Русин Ю.Г. Структурно-фазовые изменения в сплавах на основе железа при термических и радиационных воздействиях: Дисертация к. ф-м. н., Усть-Каменогорск, 2001г.

77. Миллер Р. Введение в физику сильноточных пучков заряженных частиц. -М.: Мир, 1984.-265 с.

78. Абрамян Е.А., Ефимов Е.Н., Кулешов Г.Д. Коррекция формы импульса напряжения генератора Аркадьева-Маркса // ПТЭ, №4, 1979, С. 170-172.

79. Albrecht Н. u. a.: Eine kompakte Kaltkatoden-Elekronenstrahlkanone // Experimentelle Technik der Phusik, 1980, №2.

80. Пожела Ю. К. Плазма и токовые неустойчивости в полупроводниках М.: Наука, 1977.

81. Бреховских JI.M., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред.-М.: Наука, 1982.

82. Новиков И. И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия, 1986. 480 с.

83. Kuzminih V.A., Vorobiev S.A., Plotnikov S.V. Study of generation of secondary electrons and radiation defects in alkali halides irradiated with swift electrons // Rad. Eff. 1979. Vol. 40.-P. 135.

84. Плотников C.B., Владимирский P.A., Лившиц В.Б., Кузьминых В.А., Гейнеман А.Э. Массоперенос в многослойных системах при электронном облучении // Труды II Междунар. конф. по электроннолучевым технологиям, ЭЛТ-88, Варна, Болгария, 1988.-С. 295-296.

85. Расчет на ЭВМ температурных полей в твердых телах с подвижными границами. Под ред. Мосина Е.Ф.-Ленинград: Изд. Ленинградского университета 1987.- 271 с.

86. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981.-407 с.

87. Волков Е.А. Численные методы. М.: Наука, 1982.- 254 с.

88. Плотников C.B., Кузьминых В.А, Постников Д.В., Гулькин А.В. Расчёт температурного поля при облучении сильноточным пучком электронов микросекундной длительности // VII Международная школа-семинар. 25-29 июня 2003г. Барнаул, с. 148

89. Лариков Л.Н., Юрченко Ю.Ф. Тепловые свойства металлов и сплавов. Киев, Наукова думка, 1985.