Неравновесное кипение металлов и сплавов под действием кислоджоульного пучка электронов миллисекундной длительности тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

МШОКРСШ) НАУКИ, ¡y,ni»jn IIWÏIU и -IKXHHMíOlOfl 1шиики кгаглсш'! <Ь'jiii'Aiiiii

комшет id u.utníi uw.w:

p-CKufiwuiiA ocronuvíi п/ганнпм и О'чгт-пу!Ч'*ип килсто 31 WdПI ITXYJIAÎCIWJ11Ibfi У1ШШПКГ ИМ tWKHP.Hm

ил npnnas рукрпггн

PcOffWS Op(t'\ '!,П 1ЧЧ1?(-3»ИЧ

удк дзшаш

ЕГЛЧИОПГаюП УИПЧШ1Е MFJA.WB I! СПДЛПОВ НОЦ ЛМТГВИЕМ KIL'KVl^'jyjlbHOJO ПУ'1К\ хнктгопс.ш миллнсл;кушшоП ДЛШЕДЬПОСШ

Cmc?iлмтхп Ol.0-1.07 - {"?"*■г-» га*1»

А В Г О Г К Ф !?, Г Л I

Fipy^umi КЯ COîrCrЯ*'*** уЧСН?* rvn^n*^ ** f ® v* » t ггV""*1 **

РаСото шнюлноно н Томском иилитохничмоком утшнроитчгг«»

Московском радиотехническом, институт Г')!ЧП!!1гкчП :и(!|Д'чнии ппук

I ■

Научный руководитель доктор йигччсо-мптемо'пппг-ких наук,

профессор Л.И.ВпЯсбурд

Официальные оппоненты доктор физико-математических нпук,

нрофоссор .0. В. КОЗЛОВ

кандидат физико-математических наук старший научный сотрудник А.В.КолуОаоп

Вздута л организация Институт электрофизики Уральског<

отделения Российской Акадомии наук (г.Екаториябург)

Защита состоится " " 2£/и 0К7Лйр-$ 1992 . г. -7*-/ час.3 С) мин. ня заседании специализированного сове! К 063.53.05 но присуждению ученая степени кандидата физике * математических наук в Томском государственном университете т В.В.Куйбышева (634010, г. Томск, пр. Ленина, 36).

С диссертацией моию ознакомиться в научной библиотек Томского государственного университета.

. Автореферат разослан " " С£И 7Л 'ЬрЛ 1992 г.;

Ученый секретарь /Г

споциализировашасого совета (Щио^-нл. (И.Н.Анохина

РОС' .

етйсд

АИСС^ЩЗЙ! ,

ОПЦЛЛ ХАРАКТЕРИСТИКА ГАИчТИ 511'ь той и. Совреиепиио источники радоа^и мелм о разделить по мощности ня три Яолццуи ютч;» ['!•

I. Мплоннтоноишшо: р^нтген^пекнн и иг<>т«гц<мР- ИСТОЧ^чки. дикторы, електрсч.'тптичвсгюю и лшюЯнип .ускорители, ничретрсры,

Оотнт(»чш, синхротрон«. Пняршя ускорении* влоктроио»: 1-ю4 Мин.

?

Илотнопть токп - не .Оолро 0,1 А/ои . ■ Ми.лоГ'Ипритнно

ОИДЬЦОТОЧНЫЛ УСКОРИТЕЛИ-»»ЛвКТрОИОЙ К ИОНОП. И* ДСЛгТШ'?. «СНОППИО

нм явлении вэриьноП омисони о мчтплдичоекого оатр:ш 8 свердсильНоч импульсном олоктричооком ноле. Тиличшэ параметр»: цр^д^у Энергий чпотиц 0,1-0,6 МвВ, плотность Тока пучка 1-10* А/см'', длитол1.кЙоть импульеп Ю",0--10~\\ иморгия пучки 0,01-кР Д«/иыл. ыосуюсть

0,^-П)'1 МВт/ИМИ, ЧПОТоТО 1Ш11УЛ1С0В ДО 10 ^ Пи. К ИТ(Я1у 1'ЛОООУ ОТНОСИТСЯ ТИКЖО И УСК0{>ИТ|>ЛИ о усиленной окорготикоп, которио ко

принадлежат к ивлогпллритшм ип~эп Оольыих рпэичроп, но по плотностн тока пучкп поппдп»гт в оту группу. Оки доит килульси ЯольшпЦ длительности и обеспечивают больаоа еноргоькляд за иыпульо.

1.Самый мошон1 сильноточные уоког 'тел!! и лвэори. Рокордшо на

7

сегодня 11врш4«>тры сильноточных ускорится'! Я: 50 МпП, 10 А, 10"'°-10"6с, 101р>- Дя/инп, 10<3 Вт/тш.

Соотпвтотвоняо, оовроивннуп радиационную (Гчзику те^рдого тела уогзю разделить яа трн схЗлр.отк: 1) ольЗиг, 2) удорошшх и сильш/х., 3) сверхсилыаа радиационных воздействий.. Первая помкклп о!соло 50 лет инзад. В лея испсльэувтоя ивлоинтоисившм потошшкл радиация.

7

Для ото.Т области характерны иоаюоти доги )(дОО Вт/кг, тюкая скорость нагрева, неоущоотвешгав магшгнио поля. Третья облезть, сиичи молодая, пазникла в ковде 70-х гсдоэ'. Для не о хврактеряш

1 (у

М > 10 Вт/кг. Зто - ПЛвЗМОДКНвМИКа С!УШ10НСШЭ'дро1ШШ0Г0 и

нагретого вэаества, которая нелинейно соединяет ряд <{изичвокя1

процессов! оверхллотоуа ионизацию, плавление, юшенио, ЦГД-аяатио

и разлет ' пвчэотвп. Вгорвя оЗлеоть зщ^ипет промежуточное

положение. Ускорителя, ооздчисН:' пояс-Спае ноздзйотвия, Оылп

сопданы в 60-х годек. В частности, результат«, пртдотавлешшв п

11 14

ДПННОЙ роботе. ОИЛИ получена. ИВ УОКОРКТОДЯГ О Ц.-10 - Вт/14,

длительность») имиульой до Ю о, КЮРГОЗ'.'ЛЭДОУ до 6 5<ДяЛ"ят, котормо по ое«о1 л*.пвкториотиком, например II , .отнооятоя ко второй группе. Однако, в связи о болызоЯ длитплыюотьп иыпульоа, и, соответственно, сноргсхикоЯ 1лчка щу, оДлучокил мягерпвла Нйблп,г4п«тоя ряд котвстро^чесю!* процессов: плпклет'э, юитениэ.

выброс нодостоа. Крнтнчоаше явления тнгсн фпэопих порох-'Дчч, 'тики кпк хрупкий откол, пливлеиио, кипение, хпрпкторнм дли ^моик твердого толп при уморетшх и сильных р«Д1тцношш* ■ г.о-лдоАотпияк Именно оти ъФ1х>кти отличают ее от физики твердого т.'ли при слабы рпдишшонних воздействиях, когда повреждение твердых т> ирог«ходит зч очет выбивьнин отдельных втомов ип у:<лоп рошотки о0|)»13ор£игия н някогмепия точечных, дефектов, которые провроинштоя клпоторы, дислокационные потли, • пори и приводят К МОДД61ШО деструкции твердого матвриала. При этом твердоо '"<5ло выдорживао дозы до ю'5 Дх/кг без потер» механической отоЯкооти. Пр: умеренны* и сильных радиационных воздействиях пое твердые^ тел разрушаютоя при доза* 10*- . Дж/кг, т.е. родияциошю

механическая стойкость подпет в среднем в 101® рая. Ото означает что в втоП области резко изменяются механизмы повроаденля тверды: тел. Общая причина иэвеот); и При уморенных и сильных родиационны; воздействиях твордыэ тела не успевают релвксировоть по многю вмкним параметром, VI в них еозшкают сильные поля: механические температур;-:е, а в диолектриках и полупроводниках - 1 влекчричеокие. Когда характеристики механических полай превышаю-критические значения, происходит рост трещин и хрупкое рвзрушение Когда характеристики електричеоккх полей превышают критически» значения, происходит електричеокий пробой. Когда характеристик] тепловых полей превышают нритичеокие значения, проиоходит плавление ш кипение,. Обычно »1ру11.<1>Г1робоя< »Шавл.<СЮш.-

Резкое падение радиоциоино-мэхадаческой прочности твердых те. при.' умеренных и оилышх воздействиях стввит серьезные проблем! перед техникой оильноточных ускорителей о' большой энергией ] импульое. Дальнейшее развитие втой облооти пряно зввиоит о' опоообов вф!»ктивной защиты 'и от того, будут ли ооэдаш конотрукционные материалы, способные выдерживать уморенные 5 сильные радиационные воздействия. Для решения отих проблек недостаточно общих представлений о том, как проиоходит хрупко! разрушив или плавлоедо материала при сильном " радиецишшо! аоздэйотвии. Необходимо эиение сложных механизме!

разрушения. .

Основными конотрушщонными материалами~ уокорителей являюто/ металлы'и сплавы, несмотря на широкое использование композитов, дивлектриков и полупроводников. •

Для уокорителей о длительностью импульса до 10~® о,

'носящихон ко второй группе, воздействия пучин ни ттыш порото iyueno Í2-5] и, хотя остается еще ряд иортвыших проблем, яможно описание механизма пэаимодойстшш и ни отий oommo »ленив стойких. материалов и конструкций. В облноти промин 10 о ¡юцеоои имеют другой ¡серактар и из учет явно недостаточно.' пупков разрушение ti од действием ударных и тормоупрупи пали зучено слабо.

Предотавлешшо в литература данные являются фратенторцшли. ак, еоть лишь несколько экспериментальных работ [6-7] пиоыващих воздействие пучка електронов о донными параметрами, и-1есколько работ [8,9] о полуомпирическим подходом. Однако, ¡лоишоеть этих процвосов не позволяет одолеть даже приблиэителышй )аочйт стойкости металлов на основе имеющихся в - литературе материалов. Поетому актуальной являетоя задача изучение механизма ззаимодейотвия пучка электронов о металлами и огшоашя результатов разрушающего воздействия.

Цель работы: исследование неравновесного кипения металла иод действием килоджоудьного импульса облучения електронным пучком о длительностью 0,1-1.0 мо.

Научная новизна.

.1) Выполнено первое систематическое исследование воздэйотвкя на металлы килодаоульных импульоов облучения электронным пучком длительностью 0,1-1,0 мо и показано, что ооновной вклад в разрушение металлов вносит дроцеоо неравновесного кипения. '

2) Впервые выделено в чиотом виде неравновеоное кипение металлов под дейотвием шпульоа влектрокного облучения и показано, что две, моды -вносят ооновной . вклад в в тот процеоо приповерхностное мщение и объемное вокипвдие. ■ ■ Пооледаве определяет механический ишульо отдачи мишени.

3) Впервые предложена нелинейная модель неравновесного кипения металла под дейотвием импульоа электронного облучения, основанная на аналогии о работой лазера.

Практичеокая ценность.

1) Систематическое исследование нэравновеоного кшшгкя металлов под дейотвием килодаоульного импульоа електрошюго облучения длительноотьп 0,1-1,0 мо позволяет дополнить картину' разрушения металлов опиоанием уоловий перехода механиэиов взаимодействия из термоупругих и волновых в '.тепловой, в твккэ показать ивравновеонооть кипения, выделив каждую моду й ее влияние

на разрушение в отдельности.

2) На отой oonoiui возможно . нрогаспшриншии' ииподония материалов под действием иивдльсних влоктрошшх пучков. Тпи, Сила продло«ена и создана конструкции защити от. пучка в виде многослойной структуры вольфрам-графит, которая облпдоот балов BHooitufl oToíliiooTb», чем кавдий из ее материалов и отдрльнооти, . и тчм болоо, чом столь шш алшшиШ.

Зощищьомио положении. ,

1. Результаты первого оксперниоиталыюгй иселодовашш ««равновесного кипвшл чнотцк мотоллоп (AA,Cu,íli) "ОД дойотвивм килоджоульшлс импульсов облучения плотиши ьлоктроиныш пучкоми милллсокуидь'ой длительности (0,1-1,0 ш) шкпэивлкгг, - что дбо елемоитаршю ооотав.чтидмо (модн) вноолт основной вклад а ото" процосо! пршюйориюогноо кипушю к обьиииоо иокшшшо.

2. Получошшв зпписимоотк яирикторнотнк иоривновосного кипения металлов от длительности импульса облучения или догш нолинийны и роздоляютоя ни дао груши! цоиотошшо, оршштольно нлявпио и ступончатыэ. В характеристики первой грушш': иааоовшюо, удильный миооовшюс, оредннй диаметр крпюрь обо оастацляздйе неравновесного ижилшя вносят соизиориииЯ вклад, с - и хврпкторнотнкл пторой группы: мокшшчоовдй ¡аэтульо отдата юшони к оредит скорость рпзлата нерп - демндарующий вклад вносит только одна еоотйвлинвдд - ойгеыяоо воштмшо.

3. Предяомюншш модель неравиопооиога юшшшя ».'.'.толда под действием кшюдеоульнык м>иитса«упдшя. ¡¡«пульсов облучзгсв влектронаии роооиАтрлпййР г,тот процэос пак тшшчниД ооздит нелинейной Фипиюл и копольэуот лналот: о работой лсаора. Пул отом iKiuiOBopxitooTHoa {-¿atenuó подобно сп'лпчиак^у излучтаил .ir.sapi; порог« гонора цш, о объомлое t*cmi<-.:vi> - зддуцчдоытэду излуш;» лпзора ВНЙО пороги гоиорпцюи »ОДОЛЬ ДСйТ УДОВХОТВОротеОДО? количественное- оаиомша пкопорцыеитсльвих зпсаонж-ою»-лрвдокпзымю*. подавленно . приповаршоотдаго юшошш ьишудьес;:

0;П,01.ПЮРП ntmtrmm; а-.пгт--

/нробяция . работы. Оокошшв рзэульчатц доооертацни докладипалнаь ил конференции "Икпульаыо цаточкикк* вяоргии" ,м., 19051 2-ой Всесоюзной конференции' "Модификация взоЬою койотрукциошшх мптериплов пучкшк эоряявшла чдотиц", Свордлазог:, 1991; 1ГГС МГ Й РАН; семинарах 1:а£здрм теорзткчвокоа в мюпсггмоитйлмюй физшш ТЛУ, ормгшлрпх отдела 504- НРТИ РАН.

Ш^лнкощг 5 шушд íiirrojiii. üuiimuuo i-r.<yj¡i,rini¡ )сортациошюЯ работи иродотовлоны в 10 пуоликацш« н ппучиих знвлах, сборниках, инториалп' ксни^Р'ЧишП. I) коллоктпмшх !отах евтору нринаддзкйт роэультати, излоиннш!) н гтщыгмч.шх псжшшях.

'Л Диссертация соотоит из ш>од>>ни>1, цкп>ти

SD и зтишчоиин. Общий обгои 123 е. Ил «их оеноиниП т>ч«т '¡\ п., з.- 28 о., табл.- 7 о., описок литературы ип 67 нтп.- 1.' о., ЛЯПЛШШ9 - 2 с.

СОДЕЛСШГЕ ДИССЕГШШ'И

Воодешш посвнщшю обдлЛ характорюгикн рпОотн. Рпасиотр.ша

туильнооть теки, цель н задачи риботи, от, ¿ктури и содоряйнмо

ЯВ ДНСПОр'ГШШИ. C-JOpiyxlipíJllÜifU йШЩЩООЦЦО нол^кошш.

По ¿пая пиши - сиятыЯ аОзор литвритурц по клтлатроричоокоыу

эру lili НИВ тппрдих ТОЛ ИЛОКТрОШИЛД! иучкшш. Явленно (UltipDIJO

бЛИДПЛН U НООЛОДОЙНЛИ! Оцняльд на ПОЛу11рО!»ОА!ШКЙХ, ИпПобуцд о

•грудниками на. доолоктриких, Стйфэрдянг о сотрудниками im

тпллах. Тупарь ïoposo изпоатна гловнль ;вп причинв paapynoiinii ~

йш.1г.Д!>йетвио оалышх полоЗ (иохмшчаоюм, тепловых и

юнтричеекцх) о опасными структурный.! до.^октпии (трощшкшн,

;слок!1Циящ{ а акоплонишн точечных десктоп). Ушшоеплыа.п для

ms тподдкх тол ыошшзц розрувошш влок-1рошшш1 пучкпиа. -

>упкнЛ раскол, низав шшя азшиодайотцои спорхкратлчооки:

цыоупругих jieiaiBtvooiair н-апрлжлшй о' трещшсш, наиболее полно

(учен но %ашлоктрики* (ВайсЯурд о сотруднике»! ). В интервале

-О -h

штольиоотеИ «Злученпл ю -10 ' о в то нонЗолоо onacinüí &К«кг,

(ладанщь. дан асах видов твердая тол cnuoîî н/.зксЗ критчоеи^д

д h

J3o!t: 10 -10 Дз/кг. С рооточ длк'.-альиостн ¡аглульоз облучдння зяоляшоя сяпмшф различия о ыохшшзнах раэрупепия изталяов и эиоталлов. Sto овяз&ио о опдьшлщ рбзлипяяиа ичштцзноя а вроде» зликовшь» разных ьидов ьохмшчоогшх полой.- Наиболее . полно ипноипоать ■ критичоокся дозы . тл разрушения от дллтвлыкмта •шульсо облучошм изучена в работах . аПсбурще с согрудошшщ i»û ,1.)Л0КТрИК8Е В [ШТОрВвЛО 1'*1 -10 0. ЗйШОИМС-'.ТЬ t!li:, í

вриктарн отупоичоту» форму. Яорзая oTjneimœ эмшивот ш.лврьол О"9-Ю-6 с. Здооь праооладоот паакюдойотвив пата разгрузка о ретинами в вида ак^отичооккк импульсов "саотия-раагяЕання". Она ялокенруют за о, а в вточ шггорвало длительностей

аблпдн^тсл репиШ роот крнтичвокоД дозц почтп ка порядок. Йторал

«тупенько занимает интервал Ю'^-Ю'^ с. Здесь преобладает азпимодойетвио о чрошштмн собственных пкуптичоами мод, иизАущдоишл. облученном. Они релаксируютон ю"'-10~'} о, и одош-нибдадлотоя очередной "резкий рост критической дозы. Третья отупоньки змтмвет Интерпол 10~4-И01 п. Здесь нрообладак юанмодейотння о трещинами квазиотатичвоких мохаштеоких ннпр.пквний, пызванных неоднородность») облучения. Протякшшооть третьей огупонькн сильно зависит от механизма релаксации кийуиоштичооких ньпряжишДО. Два главных: темпер;,"'/ропроподнаегь и пластическая дофощищм. Отсюда сильные различия между разрушенном хрупких и пластичных материалов. У плаотичных материалов кавгшитатичеокив напряжения опоообны релокоировать за 10"^ о, и критическая доза для хрупкого разрушения оказывается выше теплоты плавления. Опасными отаиовягоя тепловие поля и, соответственно, неравновесное пл шло кие и .тетю материала.

. Далее в обзора рассивтргавотоя разрушение плаотичных твердых тол - металлов. В ньно- и микрооакундаом интервалах длителыюотей преобладает ударно-волновое разрушение, изученное, в чаотнооти, в работах Фортова о сотрудниками при взрывном нвгрухении и Демидова о сотрудниками при мостом олектронном облучении. Этим аффектам посвящено большое число зарубежных а отечественных- публикаций. Гораздо хуке иоследовано неравновесное плавление и • шгашгиа металлов под действием плотных электронных пучков, так как не был освоен интервал длительностей 10"*-10~-) о. Полезные оведения о плавлении металлов под действием вйевтронного облучения дает обширная практика влектронно-лучэвей сварки и рвзга металлов под действием малоинтененвиых стационарных и периодичеоких влектрошшх пучков. Практически не изучено неравновесное кипение металлов под действием одиночных импульсов мощного электронного облучения. Анализ литературных. данных, позволил сформулировать .конкретные задачи работы по экспериментальному исследованию неравновесного кипения чистых металлов под действием одноишульоного килодаоулыюго облучения о длительностью Ю-4—10—о.

Вторая глава - описание техники и методики эксперимента. Образца облучались на двух оильногочиых килоджоулышх ускорителях, разработанных и вооруженных и МРТИ РАН и имеющих рекордные длительности импульсов из воех современных сильноточных ускорителей. Параметры пучка диаметром 30 мм регулировались в слэдуюдих интервалах: анергия електронов 0,30-0,35 МэВ;

длительность импульоп 0,1-1,0 мо! плотность токи пучки на обря:Щ|'

о. ^

3-7 А/см ! плотность потикп онергии зя пмпульо О, |-?,0 кДж/см^.

Ток пучка измеряли цилиндром .Фарпдоя и пияспми Гоговского,

радиальное раеггределенне - набором металлических киллоктороп,'

спектр електронов - путем совмещения осциллограмм импульсов тока и

у 'корящего напряжения. По спектру и радиальному распределению.

пучка вычисляли: прострет твенно-времешоо распределение дозы и

томпоратури в образце о учетом теплопроводности. Образцами служили

круглые пластины диаметром 95 мм или прямоугольные 75x105 мм,

изготовленные из следующих, металлов: Си,А.1,№.,Бп,РЬ,гг,У,Т1,1М.

Толщина пластин составляла 2-4 мм. Каждый -' образец' облучали^ один

раз. Профиль кратера на облучмшом образце измеряли независимо

двумя приборами - на микроскопе и измерителе высоты 1ТЗВ-3- Глубина

кратера находится а интервале 1-400 мим. Абсолютный е-ноо массы М

из образца таюкэ измеряли двумя независимыми способами: Путем

взвешивания до и после облучения и путем интегрирования профиля

кратера, умноженного на шютнооть вещества. От дали совладеющие

в пределах погрешности вксперименга (Ъ%) результаты. Мохошгчешшй .

импульс отдачи образца измеряли методом баллистического маятника

(рио. 1). Образец 1 Крепится на держателе 2, который пгруялшами 3

соединен о неподвижной станиной 4.

Если под действием импульса

облучения происходит ■ выброо

вещеотва, то образец 6 держателем

получоот механичооккД икпульо

3 отдачи и оовершает медленные

затухающие колебания, перекрывая

частично спотсвой поток, иду а

3 от источника 5 к фотоприешику 6.

Модулированный механическими

колебаниями образца световой

Рис.1. поток создает пропорциональней

влектричеокиВ сигнал на Фотоприешмке. Огибающая модулировшшого

сигнала выделяется . оинхрошшм детектором 7 и . запоминается

осциллографом 8. Ее амплитуда пропорциональна глубине модуляции

оветового потока и, соответственно, импульсу отдачи Р. Калибровка

в абсолютных единицах производилась проотиы и надежный способом:

отельной шарик свободно падал о фиксированной высоты на центр

образце и отскакивал, передавая известный импульо. Средни)

скорость чоотиц пара, вилотсижик на обрипцп, определили, рчядолнн лшульо отдачи Mu маоооншюо: V=WM. Кн.чи нямтонч зптьчмооти иг импульса облучении (при постоянной клотиооти тоеп кучки) и иг ср^дшй поплощшшоП. дозы зп имчульо (П) елсдумттк динамических.' характерном«: миооопиносп M¡ мппсоинноеп на одшшцу поглощенной ончргии M/Víj ирифиля кротора Ji(r)j ero сродного pnjwynn Uj маяшшчоокого импульса отдачи Р; скорости разлота пари V.

Кроме того, облучении? - образцы били подвергнуты ■ металлографическому анализу. Попользовали отандпртнн'1 ' мотодоки. Лил изготовления tuition. ойразш роирополи вдоль направлении облучения по цонтру крнтчра. НоперсчппЛ рпяроп позволял ИООЛЙДО>»ПТЬ llDMUltttllMl) ОТрук'ГурМ КПК ПО ГЛубИ11|>, ТПК И О рВДИаЛЫк/М напрнплшши. ШлиФн . подиирг«л«01. моканичеекоП полиропко. Для контроля несколько образцов били отполированы илектролитичйоки. Моьшо отметить по.'шоо оовпйдйпио розультптоп. UhinJiJ «^отогрн^ировалиоь im микроскопе М1Ш-7 о упеличаниои от 70 до 600.

Посромюсти ubunpüiiuß: "и портом электронов в пучко 3£, тока пучка 4Ä, длительности шлульоа 68, маооовнноеп профиля

г.рлтерп 0.5 мим, лмпульоа отдачи 15SE.

ïiîilk1! " ouHOOHrtO oohobiiuï окспориыенталыши

результатов. Ншгёолэп оуцеогаошыо зависимости показаны на рио.2. Их. можно разделить на две ксштристиие групгш. В порву» шоднт относительно плашшв и монотонные! M(tH), n(tl(), Ы(В), R(D). Во вторую входят, розкив етупенчатне немонотонный: PC ), Y(t..), P(D),V(D). Зовиолмооть M/W от звщшийт промежуточное полоканио. Тепловой Салено покаэннает, что .ооношюй вклад и ыаооовыиоо вносит цорчшювеоноо кипение облученной оЯляотн штоки u ниброи пари с ьакуум. Еоли оы ташчшэ било равновоонии, го эевиоимооть ютогюпыиооа от дозы aó шпулю 6ur,% '¡>i лююйиоЯ к прокодгла выв« »коиеримаиюлыюй иоего в 1,3-2 рази. По отпоаошш к процеооу пярчобрачокшшя неравновесное шшониг wphgo гф^ктиьнэ, чей рт.нопеоиоо nnjooöpraobenne. Измйрмшя иокпзнвают, что иышэиышЮ у.цолышй мпоаоимноо M/W и, ооотвототвешю, роиболыаая отсйкооть у йо.-.ьфрнмв. Ниимлнлр отиАкимп оквэвлмоь олово и илитиаЬ. Twuopr^ypn кииеин;: н . пчзкооть pachten« оущэотвонш опр-лаалявт стойкость материала. Следует оплатить большой ияоеовиноо елшлякя.

МОИЮ ПРЕДПОЛОЖИТЬ, ЧТО KpOUÔ НОр(1ВИОВВОИОГО КИП О ЯН Л ß НТО»

случае оудаотвс»-.по учпотив вчплй^сипоиия рпоилппа из кратеря. Резкий контраст мокду отнооигпдыю плавным уволичсчп""? ry^siûpnoro

ГНС ,?

to.

маесошшосо о дозой и ступенчатым ростом механического' нмнульсо отдачи и. еще более резким изменением' сродней скорости выбросиваемого пера показывает, что неравновесное кипение металла содержит но меньшей мере 'две составляющие (модн) приповерхностное кипение и обгемное в-скилание. Перпое образуй/ небольшие луэирьки о невысоким внутрешшм давлением и температурой. Второе происходит в глубине облученного объемв материала о образованием больших пузирой, обладающих высоким давлением паря и сильным перогровом относит :.пьно температуры кипения. В механический импульс отдачи вносит вклад .только объемное вскипание, о в моссовыноо - обе составляющие, причем с (юнтом дозы относительный вклад повериноотного гашения уменьшается, в объемного растет.

Четвертая глава посвящена иооледованию структурных изменений, происходящих в подкретегчай зоне. В результате исследований получек следующие результаты. 1) Вое сплавы в подкрвтерной зоне претерпели структурные иэменею1Я. Алкминий и никель имеют слой рпешшвп в '<ратере. Наиболее интересны изменения структуры в меди. До облучения зерна меди имели вытянутую форму, т.к. образцы изготовлялись из прокатанного листа. После облучения на меди образовалась многослойная структура. Сначала, на поверхности кратера, расположена мелкозернистая структура. Это означает, что в поверхностном слое медь не шшвилаоь, но подверглась нагреву не менее 0,7 Т^. Ниже расположен слой столбчатой структуры, которая идентифицируется квк расплав. Под слоем рвоштва также расположена мелкозернистая структура. А под ней находится иоходная отруктура. Т.о., появилась воэмокиооть экспериментального определения тепловых полей внутри образца. 2) Измерены профили структур меда нп ceptiii.образцов. Толщина расялапо в среднем составляет 0,05 мм, npimeii окачки толщины вызвана поверхностными явлениями. 3] Наблюдается виилеокившше раошшва из зо1ш крвтера но воез металлах. Наиболее значительно вгот е<Хфект наблюдаетоя hi алюминии. IIa никеле - незначительно, медь занимает промежуточно! положение. Величина выплеоюшоиия прямо пропорциональна толщин олоя, величине коэффициентов вязкооти и поверхкоотного нетякени. расплаве металла. 4) При металлогрйфкчеокоМ исследовании апшини обнаружен интересный вф^ект, который не обнаруживается аа други металлах - внедрение капель раоплава в твердую фазу в прикратерно , зоне. Этот вффект объясняется гауссовым радиальным распределение

и.

пучка елоктронов и, как оледстпио, сильным раяогроиим п прикротерНой зоне, я также давленной рпялотпищнкол парии.

. глава описание программы ЭВМ, ооздшший дли риичотоп

параметра врозии. Программа - реализует рошонио уравнения теплопроводности методом Гаусса. Рассматривалась одномерная плоская задача. Квазилинейное уравнение тонлопрпподнооти дли одномерного симметричного случая имеет вид:

* г,.' ^Ьл

В качестве • начальных, условий задается температура мишени Предполагается, что теплообмен о внешней ородой подчиняется закону Ньютона. Для решения била попользована иенаиан однородная -.схема второго порядка . точности. Начальные условия задаются" по модифицированному алгоритму [1(>1. Специальная программа определяй'!' твшюфиэлческна параметры задачи в зависимости от времени и координаты. В - программа предусмотрена возможность расчета температурных полей для гетерогенных мшаной, Правильность выбранных методик и схем счета была проверена на тестовом приморо - модели поверхностного испарения. Алгоритм программ« задании граничных условий разработан таким образом, что сначала рассчитывается нагрев материала до температуры- кипения и образования метаотабильной жидкооти. При этом таплоотаод о гратнш учитывается только как тепловое излучение. Затем на нрш«ой внергораопределения определяется положение Х0 тошаратуры кнштш. Материал из зоны поверхности до Х0 считайте/) выброшенным и граница воздействия перемещается ко Х0. Шаг Х0 определяется програмно. В интервалах мэзду выбросами учитываем»! только поверхностное испарение металла и. тепловое излучение. Затем, походя из - диаметра кратера и того, что радиальное распределение плотности тока пучка подчиняется закону Гаусса, определяется реальное распределении в каждом конкретном импульсе. Получоюшй профиль разбивается о произвольным шагом на гистограммы, и для "каздого отрезка рвосчитиваятоп параметры эрозии. Тают образом, программа становится капзидпумерной. Прошдшвше по программе раочеп; о точностью 30Ц совпадают о окоперимепгалБню.ш деншки, получвшп/мк для меда и никеля. 1'очнооть раочэтов для алюминия существенно ниже и ооставляег 10%, что объясняется едаектом выплескивания, который алгоритм программы не учитывает.

Шестая глава посвящена модели неравновесного кипения металла под действием шпульоа электронного облучения. Это тшшчная задача

нелинейной физики сильно иораановосних динамически* систем. В НОЛиииЙНОЙ фИЗИКО 1ШООТОН нисколько глубоко изучении* проблем, часто иогюльзуочик ь •качестве модолышх длп решения но аналогии друшх задач. Скачало Оилп использована некоторая аналогия- с дьухжидкоотной шлантоиой гидродинамикой Лпндяу для • енпрхтокучого гелии-4. Но затем била применено аналогия о лпэар<>м, которая

окаэалаоь проще.

Ы» рио.З

вверху показана схем» уровней "гипотетического лппоро",

которая способна учесть иаблидаомио особенности

неравновесного кшкчшя. Переход 0-3 описигшот накачку, т.о. нагрев металла ' пучком до кшюния. Этому процессу

м

соответствует мертвое время .в точение которого пузири пояапянтоя. Оно нпюднтеи' условия:

М'

не

из

(1)

где °кш

критическая доза для

возникновения кипения, Ы^Ц) -мощность дозы как функция времени (¡¡ипульо облучения), Рио.З. ridpeio.nu 3-1 и 3-2 опиаиваат,

соответственно, шзникиоиешш щашоверхностшц и объешы! пуаироК и устгшопленпо их риаповеоил о раоплайо». Накоошшэ пара в припопорхноотник 1!. ебьомних пуаирнх (накачку уровпоЕ 1 ц 2)' иоьзю описать онстемой уравнений баланса:

ая-,1/й1^1(п0/1)1Ц111)нГ1п1/г1 12)

гдо 1x^=0 при К Ц; 1=1,2; и^.кц - масса пара в пршоворхиоатг'х к

вноргкц,

обчешшя пузырях ооотвотстванао', а^а - доля поглощенной

«2=1-0!

затраченной'на пршюшриюотиов зошонкэ;

масса облученного вещоотоа мишени; пршюве^хиоотнах и объошця пузыр Я В0К111ШШШ. II рйЛОВ О рхНОО 'ГН О О КИП9НИЭ излучешш лазера шке порога генерации, индуцированному излучешш ваше пороге генерации (2), получасы

Ео ;цз1ш

на объемное - времена нико порога обг.ошюго аналогично спонта.'шачу в объемное вскипание -Решая оиотому

п.

mrai(rao/DKHn; Vi(1"ox,'( l"li ,Л11 )i,( ■ V •

гдо 8 - отупоншуггы фунмУ'л. оррдшч» :-.miwun<i u. am.»-,» дчяи зм тпумьо. Окопс'рншнту еоотнлтотвуот условно: t^-.t '.tr>, т."-. па пр^мл импульоп облучения C-j^tj) unoefi 'кпрл и примогсрлюогних ьуамрлх бистро диотигяот кпяпиотйЦнилмрноП иоличшш <• -j •

Кчтчргт imяо порога обьенлого виишшши. A uncutf лпрп к глубишшх ПУ'.ШрНХ D, ИНКиИЛ'ЛННОТСН И при длительности ИШУЛЬОГ I,-, достигнет ■

с . »-

порот оЗъшного nciuiriowm mB3p. Глубшиши пули;н nnpuiuгштел и н^поргны? uitp и цпкууы, векрииая при отш л ооо попорхнооткыа нуг.ири ниьлогично дозорной;* »Мокту, при потоки i;<vroK индуциропшишго иэлучошш подавляет опантшшоо. Ушпысошю мосон unpa и nponüoco обгонного tieiomsrnm uaaia оинопть ураг.нгмшог« при Ы2

г до й'-ш^га^, у - константа.

Р'чяонио ииеат гшд!

ii paayjibTirro осгеиного вскшышл ьощ'оотпо огллкдпотел, и па с и ш>рд DewHo ууеш.могся. Далее tvsrj яопторлотел: бисгра .»¿оотшииштеетон прлаопсрпюатисо юггьчгло. ад"- иш<м1и"<шо n«vpii и •луОкнны? яугтря* ü т.д. IVr.wiu« .тат.зачо кэ р'-'о.З мшяу. Оп<з :vf<nso иллк-эгрнруе? прояет'Д«:».* гпрчкгоримг: £Ч1Гбп>алс.ч т

>Kl4(rt}4ttMUT№MlUt. ЭС8Ц0ИШ>0?«. if-jn/:), ¡in Пй«ЯСЧ «f?

:»mt'ii!ifi, мпесозиноо и-жькв погдогиао*.«».', Нп ;,:."or'A'!

дсг-'iouspyet нркпсздрздоотиос *e.i«:ru>. ¡'.а тг-.гьц<а <и. »бл칫гся 90oyrwoTr.cnf.ji4» ccsir, •.•*>". ~ уиалннк

oövitcioro покшмиде. На 4o*?;n»i ,cv •..„v..,, nptic/'.'!ft.'iö»»i* . coi owoo стинж">>. Разноглаз nrwsntft ;?<•:•.,.чг:п>-> ••»puRiiotucHoro П'инмны va 00 срптшимцччв чаяяатоя «>»>«•« •.•¡••»e« »мо.кчирвдиле'П» продольного а<1Я{Ч>Аплн;1КЧ ЛО:чч ОЛ"!;ТРЮШ{ОГО iiy.'t'i Г' iK4tWTU«JI llOltl'OM, пноинум, wwwu Хпя • >•»» рвспр7Л«.«о»о re.'.'üopoTi'pt т~т\ больней "»радюнносг« теплопроводности. В нооднородао-а т<м.'иоротурном поло и пузирок г.г>5э дойотпуе сйяо дар,-л,,гал, Гфапор.т.'бипяш.я рпдивнту touiioparyyu, которнЯ п ¡трипоиогмоотоа пол») итц'вил'ш а jßffpxi'dcTH, а в оо?!*ш - вглубь оЗрозце. Эта cnna гяг-пягиопч? )!Ш1.!Плркносттю пуэнри !ш попоршооть', а глу<5;гНПО удерг^точт п 1тротиподйЯотиуя сило Дрхм/?;!<»,

и.

ОСИОШШЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ШЛЮДЦ

1. Выполнено первое комплексное исследование неравновесного кипения чнотих металлов иод действием« килоджоулышх импульсов облучения плотными пучками влвктронов о длительностью 0,1-1,0 мо. Использовались разработанные и ооорукешше в МРТИ оильноточн; > ускорители електронов о рекордными длительностями импульсов. Применительно к етим ускорителям разработаны методики измерения параметров пучка, меосовшюов^ пра&шя кратера, механического имлульое отдачи, окорооти разлета перо. Покезанс, что при таком воздействии осиовной вклад в катаотро4мчеокое разрушенио металлов вносит неравновесное кипение. :•■

2. Изиерошше зависимости характеристик норавновеоного кипения металлов от длительности импульса облучения или дозы нелинейны и разделяются на две контрастные группы: относительно плавные и резкие отупепча~ие. Показано, что неравновесное кипение содержит две оботааляпцие (мода): приповерхностное кипение и объемное вакипеяие. В характеристики первой группы: масаовыноо, профиль кргтера - оба состёвлявдие вносят соизмеримый вклад , а в характеристики второй группы - механический импульс отдачи мишени и среднюю скорооть разлета пере - доыинирувдий вклад вносит только одна составляющая - объемное вокипание.

3. Предложенная модель неравновесного кипения металла под действием килодаоулышх иш-моекундных импульоов облучения влектронат рассматривает огот процоос как типичный объект нелинейной физики и использует аналогию о работой лазера. При етом

. приповерхностное кипение подобно опонтацному излучению лазера ниже порога генерации, а объемное вокипание - индуцированному излучению лазера выше, порога генерации. Модель дает удовлетворительное количественное описание. вкопериментвльных зависимостей и предсказывает подавление пршоверхноотного кипения шпульоом объемного вогашания, что подтверждено вкопериментвльно.

СПИСОК ПУБЛШСАЦШ ПО 1'ЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. С.В.Гебргиев, Ю.Ф.Томащук. Топлоарозиошше процессы п металлах под действием плотных влоктрошшх потоков длительностью 0,1-1мо// Известия ВУЗов.Фиэика.-Томок.-1989.-КО.126.

2. С.В.Георгиев, С.А.Соколов. Программа расчета топловой орозии при облучении металла плотным электронным потоком//Извоотил ВУЗов. Физика.-Томск.-1990.-N9.-125.

3. С.В.Георгиев. Металлографическое исследование мода, облученной плотным влектронным потоком длительностью 0,1-0,35мо// Иовеоти;1 ■ ВУЗов. Физика .—1969. -Ив. -С. 128.

4. " С.В.Георгиев, А.В.Иванов. Исследование особонноотой • Формирования зоны структурных изменений в титановом сплаве под действием сильноточного электронного пучка //Тез.докл.конф. "Импульсные источники анергии",М., 1935.- ЩйШтомШфэр".

5. С.В.Георгиев. Программ" расчета тепловых полей при облучении металла плотным олэктронлш потоком//Изаеотил ВУЗов.Физика.-1989.-N9.-С.124.

6. Д.И.Войсбурд, С.В.Георгиев. Нелинейная физике кипения и механического разрушения металлов килодиоулышми импульсными пучками електронов/Л'еэ. докл. 2-ой ' Воесоюзн.конф."Модификации"

.свойств конструкционных мтериалов пучкаш зоряжешгах частиц". Свердловск.-1991.-Т.2.-С.106-109.

7. 'С.В.Георгиев, Г.А.Извекова, А.В.Гаврнлоа и др. . Изучение структуры и свойств сплавов, обработанных олектрошшн пучком// Элоктрошшя структура твердого тела и фезовыэ щроврптцешш. Ма&вуз. сб.науч.трудов.Саранок.-1986.-С.145-151.

8. D.I.VajrBburdy S.V.Ceorgiev. Nonlinear piiidlos oí boiling and mechanioal deetruotiui of rostáis undor Irradiation by pulso power electron beams//Slofok,Hungery,1991.

9. Д.И.Войсбурд," С.В.Гооргиав. Нелинейная физика кипения и ивхашхчеокого разрушения металлов при • облучении мощными влектротшш пу'п:ш1!//Вооооюз. оопопииол.уч. п 0п9ц."Радиащ10Ш1РЯ Физика твердого тела",Севастополь.-1991.

10. Д.И.Вайобурд, С.В.Георгиов. Неравновесное ramoimn металла под . действием килодаоульного импульса облучения плотным влокгротпл» пучком//ДА1{.-Г. 323. -1992.-N4.-С. 637-692.

литкрлтт

1. Д.И.Вяйсбурд, Г.А.Мослц, Б.Н.Семин. Малогабаритные ускорители и радиационная физика// I Всесоюзное совещание "Диолектрическио материалы в екотремальных условиях". Доклады. Суздаль.-1990.-Т.1,-С.25-33. '

2. Л.В.Ипонеп, Л. Л. Крапивин, Л.И.Мирюш и др. Воздействие импульсного олоктрошюго потока иа железоуглеродистые сплаоы// Электронная обработка материален.904.-N5.-С.19-23.

3. А.И.Мелькер, И.Л.Токмаков. Разрушение твердых тол при облучении влектрокоми//ФХ.ОМ1977.-N5• - С.62-60.

4. Б.А.Демидов, М.В.Ннкин, В.В.Обухоа. Диномичоскио характеристики взаимодействия мощных ГОП о толстыми анодпми//ШГ,.-I9u0.-T.50.-В.10-С,2209- 2214.

5. Б.А.Демидов, Г.С.Книжник, Ю.ФЛ'омавдк. Изменение структуры металлов и сплавов посла воздействия интенсивных потоков электронов нянооекундноЛ дллтоль!ЮСГи//ФХОМ.-1982.-М4.-С.114-117.

6. В.А.Артемов, М.А.Власов. Нестационарный процеоо испарения при взаимодействии електрошюго пучка о металлом//ЖОТ.-1970-Т.40.-В.1. -С.193-195.

7. В.А.Артемов, М.к.Власов, 0.А.Малафеев и др. Экспериментальное изучение нестационарного испарения металла под дейотвием електроиного пучка//ЖФТ,-1978.-Т.48.-В.1.-С.192-193.

8. в.К.Попов. Удаление материала при кмпульспоЯ едектрогшо-лучевоЕ обработке//Элект1ющтя обработка материалов. .-1967.-N1. С.31-37.

9. В.М.Кириллов, П.И.Уллков. Соотношение аидкой н газообразной gas при воздействии сфокусированного излучения ОКГ на метолл//©ХШ.-1971--111.-С.8-13.

10. T.l'flbata, R.Ito. An nlgorythm for the energy deposition b; faet eleotram// Nuolear SlPfloe •» \ :'ngimarlni».-1974.-V.53.~ira.-p.226-229.