Моделирование тепловой эрозии поверхности твёрдого тела под действием мощных импульсных пучков заряженных частиц
Диссертация
Анализ литературы и опыт многих лабораторий показывают, что уже существуют ускорители, которые способны обеспечить необходимые режимы облучения. Сегодня преимущества технологий обработки поверхности в импульсном режиме в принципе понятны. Однако некоторые стороны эрозии поверхности в импульсном режиме исследованы пока недостаточно. Особенно это относится к тепловым процессам и тепловой… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. ЭРОЗИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТВЁРДОГО ТЕЛА ПРИ ОБЛУЧЕНИИ ИМПУЛЬСНЫМИ ПУЧКАМИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ: ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
- 1. 1. Механизмы эрозии твёрдого тела под действием пучков заряженных частиц, плазмы и лазерного излучения
- 1. 2. Коэффициент распыления и его зависимость от температуры
- 1. 3. Модели испарения атомов с поверхности
- 1. 3. 1. Двухфазная модель испарения
- 1. 3. 2. Гидродинамическая модель эрозии
- 1. 4. Изменение морфологии поверхности в результате эрозии при облучении пучками заряженных частиц
- 1. 5. Постановка задачи о тепловой эрозии твёрдого тела под действием мощных импульсных пучков заряженных частиц.. 38 1. 5.1. Одномерная модель
- 1. 5. 2. Двумерная модель
- ГЛАВА 2. ТЕПЛОВАЯ ЭРОЗИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТВЁРДОГО ТЕЛА ПОД ДЕЙСТВИЕМ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
- 2. 1. Функция энерговыделения ускоренных заряженных частиц в веществе
- 2. 1. 1. Линейные потери энергии ускоренных ионов при торможении в твёрдом теле
- 2. 1. 2. Линейные потери энергии электронов, тормозящихся в твёрдом теле
- 2. 1. 3. Полный энерговклад пучка заряженных частиц в мишень
- 2. 2. Тепловая эрозия твёрдого тела под действием мощного импульсного ионного пучка
- 2. 2. 1. Влияние параметров пучков на характеристики тепловых процессов в металлах при ионном облучении 55 2. 2.2. Коэффициент эрозии твёрдого тела в зависимости от параметров мишени и пучка
- 2. 2. 3. Коэффициент энергетической эффективности пучка 66 2. 3. Особенности тепловой эрозии твёрдого тела под действием мощного импульсного пучка электронов
- 2. 3. 1. Влияние формы профиля линейных потерь энергии электронов на конфигурацию тепловых полей в мишени
- 2. 3. 2. Толщина расплавленного и испарившегося слоев в зависимости от параметров пучка
- 2. 3. 3. Коэффициент эрозии как функция параметров электронного пучка для материалов с различными теплофизическими свойствами
- 2. 3. 4. Энергетическая эффективность электронного пучка в сравнении с ионным
- 2. 4. Методика оптимизации параметров пучка для обеспечения максимально возможных коэффициентов эрозии
- ГЛАВА 3. РАДИАЦИОННАЯ ПОЛИРОВКА ПОВЕРХНОСТИ В РЕЖИМЕ ИСПАРЕНИЯ
- 3. 1. Эволюция рельефа поверхности в результате испарения под действием мощных импульсных пучков заряженных частиц
- 3. 2. Сглаживание поверхности под действием импульсного ионного пучка
- 3. 3. Испарение микровыступов под действием электронного пучка
- 3. 4. Тестирование модели тепловой эрозии микровыступа на поверхности твёрдого тела под действием мощного импульсного пучка заряженных частиц
Список литературы
- Томпсон М. Дефекты и радиационные повреждения в металлах. М.: Мир, 1971." 367 с.
- Каминский М. Атомные и ионные столкновения на поверхности металла. — М.: Мир, 1967. 506 с.
- Конобеевский С. Т. Действие облучения на материалы. Введение в радиационное материаловедение. М.: Атомиздат, 1967. — 401 с.
- Плешивцев Н.В. Катодное распыление М.: Атомиздат, 1968. — 347 с.
- Келли Б. Радиационное повреждение твердых тел. М.: Атомиздат, 1970.— 240 с.
- Анисимов С.И., Имас Я. А., Романов Г. С., Ходыко Ю. В. Действие излучения большой мощности на металлы. М.: Издательство «Наука», 1970. — 272 с.
- Блейхер Г. А., Кривобоков В. П., Пащенко О. В. Тепломассоперенос в твердом теле под действием мощных пучков заряженных частиц. Новосибирск: Наука, 1999. — 176 с.
- Рыкалин Н.Н., Углов А. А., Зуев И. В., Кокора А. Н. Лазерная и электроннолучевая обработка материалов: Справочник. М.: Машиностроение, 1985. -496 с.
- Калистратова Н.П., Полещенко К. Н., Геринг Г. И., Вершинин Г. А., Повороз-нюк С.Н. Модификация твердых сплавов мощными ионными пучками и по-слерадиационной термической обработкой // Физика и химия обработки материалов. 1999. — Ш. — С. 10 — 14.
- Барденштейн A. JL, Быков В. И., Вайсбурд Д. И. Генерирование изгибных волн в твёрдом теле плотным электронным пучком наносекундной длительности // Письма в ЖЭТФ. 1995. — Т. 61, вып. 2. — С. 96 — 100.
- Чистяков С.А., Халиков С. В., Яловец А. П. Исследование формирования упру-гопластических волн в металлической мишени при воздействии потоков заряженных частиц // Журнал технической физики. 1993. — Т. 63, вып. 1, № 1. — С. 31 — 40.
- White R. М. Generation of Elastic Waves by Transient Surface Heating // Journal of Applied Physics. 1963. — Vol. 34, N 12. — P. 3559 — 3567.
- Воловик В. Д., Лазурик-Эльцуфин В.Т. Акустический эффект пучков заряженных частиц в металлах // Физика твердого тела. 1973. — Т. 15, вып. 8, № 8. — С. 2305 — 2307.
- Ахиезер И.А. Лазурик-Эльцуфин В.Т. Динамический эффект при прохождении заряженных частиц в твердых телах // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1972. — Т. 63, вып. 5, № 11. — С. 1776 — 1779.
- Вегоп В. L., Hofstadter. Generation of Mechanical Vibrations by Penetrating Particles // Physical Review Letters. 1969. — Vol. 23, N 4. — P. 42 — 44.
- Голота В. И., Карась В. И. О механизмах возбуждения упругих колебаний в веществе пучками заряженных частиц // Украинский физический журнал. 1985. — Т. 30, № 7. — С. 1093 — 1097.
- Le X.Y., Yan S., Zhao W. J., Han В. X., Xiang W. Discussion on Defects Distribution near the Steel Surface Irradiated by Intense Pulsed Ion Beam // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2002. — Vol. 15, No. 1. — P. 113 — 118.
- Заболотный В.Т., Лазоренко В. М. Динамическое перемешивание и образование пор при облучении // Физика и химия обработки материалов. 1996. -№ 5. — С. 5 — 8.
- Рухадзе А.А. Сильноточные электронные пучки // Вестник РАН. 1972. -№ 1. — С. 19 — 23.
- Вайсбурд Д.И., Месяц Г. А. Сильноточные импульсные электронные ускорители. Физика мощных радиационных воздействий. Вестник РАН. — 1983. -№ 1. — С. 62 — 70.
- Плешивцев Н.В. Пучки электронов в промышленности. М.: Знание, 1969. -48 с.
- Диденко А.Н., Григорьев В. П., Усов Ю. П. Мощные электронные пучки и их применение. М.: Атомиздат, 1977. — 280 с.
- Бериш Р. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. Вып. 1. Физическое распыление одноэлементных твердых тел. М.: Мир, 1984. — 336 с.
- Uno Y., Okada A., Uemura К., Raharjo P., Sano S., Yu Z., Mishima S. A New Polishing Method of Metal Mold with Large-Area Electron Beam Irradiation // Journal of Material Processing Technology. 2007. — Vol. 187 — 188. — P. 77 — 80.
- Akainatsu Hiroshi, Yatsuzuka Mitsuyasu. Simulation of surface temperature of metals irradiated by intense pulsed electron, ion and laser beams // Surface and Coatings Technology. 2003. — Vol. 169 — 170. — P. 219 — 222.
- Польский В.И., Калин Б. А., Карцев П. И. и др. Повреждение поверхности конструкционных материалов при воздействии плазменных сгустков // Атомная энергия. 1984 — Т. 56, вып. 2. — С. 83 — 88.
- Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы. М.: Металлургия, 1990. -216 с.
- Гусева М.И., Мартыненко Ю. В. Радиационный блистеринг // Успехи физических наук. 1981. — Т. 135, вып. 4. — С. 671 — 691.
- Каннель Г. И., Фортов В. Е., Разоренов С. В. Ударные волны в физике конденсированного состояния // Успехи физических наук. 2007. — Т. 177, № 8. -С. 809 — 830.
- Жураховский С.В. Оптимизация лицевого лазерного откола // Проблемы прочности. 2003. — № 1. — С. 111 — 116.
- Вайсбурд Д.И., Семин Б. Н., Таванов Э. Г. и др. Высокоэнергетическая электроника твердого тела. Новосибирск: Наука, 1982. — 227 с.
- Никифоровский B.C., Шемякин Е. И. Динамическое разрушение твердых тел.- Новосибирск: Наука, 1979. 272 с.
- Oswald R. В. Facture of silicon and germanium induced by pulsed electron irradiation // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1996. — Vol. NS-13, No 6. — P. 63 — 69.
- Вайсбурд Д.И., Балычев И. Н. Разрашение твердых тел в результате сверхплотного возбуждения их электронной подсистемы. Письма ЖТФ. — 1972.- Т. 15, вып. 9. С. 537 — 540.
- Белан Н.В., Костюк Г. И., Мышелов Е. П. Физические основы стойкости электродов плазменных ускорителей и технологических плазменных устройств. -X.: Харьк. авиац. ин-т, 1986. 206 с.
- Bleiclier G.A., Krivobokov V.P. Model of Metal Erosion under Irradiation by High-Power Pulsed Ion Beams // Journal of Engineering Thermophysics. 2008.- Vol. 17, No 1. P. 24 — 29.
- Грибков В.А., Григорьев Ф. И., Калин Б. А., Якушин В. Л. Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки материалов. М.: Круглый год, 2001. — 528 с.
- Фальконе Д. Теория распыления // Успехи физических наук. 1992. — Т. 162, № 1. — С. 71 — 117.
- Машкова Е. С. Фундаментальные и прикладные аспекты распыления твердых тел : Сб. ст.: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. — 346 с.
- Батанов В.А., Бункин Ф. В., Прохоров A.M. и др. Испарение металлических мишеней мощным оптичеким излучением // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1972. — Т. 63, вып. 2. — С. 586 — 608.
- Рэди Дж. Действие мощного лазерного излучения. М.: Мир, 1974. — 468 с.
- Linlor W. Ion Energies Produced by Laser Giant Pulse // Applied Physics Letters.- 1963. Vol. 3, No 11. — P. 210 — 211.
- Isenor N. R. Metal Ion Emission Velocity Dependence on Laser Giant Pulse Height // Applied Physics Letters. 1964. — Vol. 4, No 8. — P. 152 — 153.
- Steverding В., Werkheiser H. The Plume of Electron and Laser Pulses // Journal of Applied Physics. 1971. — Vol. 4. — P. 545 — 551.
- Rej D. J. Davis H.A., Nastasi M. Et al. Surface Modification of AISI-4620 Steel with Intense Pulsed Ion Beams // Proc. 10th Conf. on Ion Beam Modification of Materials. Albuquerque, 1−6 Sept. 1996. — P. 1 — 8.
- Ремнев Г. E., Закутаев A.H., Иванов Ю. Ф., Матвиенко М. В., Потемкин А. В. Осаждение тонких металлических пленок при возжействии мощных ионных пучков на металлы // Письма в ЖТФ. 1996. — Т. 22, вып. 8. — С. 68 — 72.
- Архипов Н.И., Житлухин A.M., Сафронов В. М., Сиднев В. В., Скворцов Ю. В. Динамика взаимодействия сверхзвукового плазменного потока с твердотельной мишенью // Физика плазмы. 1987. — Т. 13, № 5. — С. 632 — 634.
- Блейхер Г. А., Кривобоков В. П., Степанова О. М. Параметры импульсных ионных пучков для обеспечения максимальных коэффициентов эрозии поверхности металлов // Изв. ВУЗов. Физика. 2007. — № 5. — С. 31 — 36.
- Гусева М.И. Распыление нержавеющей стали и тантала ионами дейтерия и криптона с энергией 5−30 кэВ // Радиотехника и электроника. 1962. — № 7. — С. 1680 — 1684.
- Броудай И., Мерей Дж. Физические основы микротехнологии: Пер. с англ. -М.: Мир, 1985. 496 с.
- Andersen Н.Н., Bay H.L. Heavy-ion Sputtering Yields of Gold: Further evidence of nonlinear effects // Journal of Applied Physics. Vol. 46, No 6. — P. 2416 -2422.
- Nelson R.S. An Investigation of Thermal Spikes by Studying the High Energy Sputtering of Metals at Elevated Temperature // Philos. Mag. 1965. — Vol. 11, No 110. — P. 291 — 302.
- Ваулин Е.П., Георгиева H.E., Мартыненко Т. П. Зависимость коэффициента распыления меди от температуры // Физика твердого тела. 1977. — Т. 19, вып. 5. — С. 1423 — 1425.
- Мартыненко Ю.В. Взаимодействие плазмы с поверхностью // Итоги науки и техники. 1982. — С. 119 — 175.
- Thompson D.A. Application of an Extended Linear Cascade Model to the Sputtering of Ag, Au and Pt by Heavy Atomic and Molecular Ions // Journal of Applied Physics. 1981. — Vol. 52, No 2. — P. 982 — 989.
- Лебедев С. Я., Ставинский Ю. Я., Шутько Ю. В. Катодное распыление при бомбардировке ускоренными ионами цезия // Журнал технической физики. 1964. — Т. 24, вып. 6. — С. 1101 — 1104.
- Кривобоков В.П., Пащенко О. В., Сапульская Г. А. Компьютерное моделирование эрозии и термомеханических процессов в твердом теле, облучаемом мощными наносекундными пукчами заряженных частиц // Изв. вузов. Физика. 1993. — № 12. — С. 37 — 41.
- Блейхер Г. А., Кривобоков В. П., Пащенко О. В. Диссипация энергии мощных импульсных пучков заряженных частиц в твердом теле. Тепловые процессы // Изв. вузов. Физика. 1997. — № 2. — С. 67 — 89.
- Зубов В. И. Кривцов В.М., Наумова И. Н., Шмыглевский Ю. Д. О численном сравнении различных моделей испарения металла // Журн. вычисл. математики и матем. физики. 1986. — Т. 26, № 11. — С. 1740 — 1743.
- Зельдович Я.Б., Райзер Ю. П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1968. — 686 с.
- Харлоу Ф.Х. Численный метод частиц в ячейках для задач гидродинамики // Вычислительные методы в гидродинамике. М.: Мир, 1967. — С. 316 — 342.
- Белоцерковский O.M., Давыдов Ю. М. Метод «крупных частиц» для задач газовой динамики // Численные методы механики сплошной среды. 1970. -Т.1, № 3. — С. 3 — 23.
- Бериш Р. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. Вып. 2. Распыление сплавов и соединений, распыление под действием электронов и нейтронов, рельеф поверхности. М.: Мир, 1986. — 488 с.
- Беграмбеков JI.B. Модификация поверхности твердых тел при ионном и плазменном воздействии. Учебное пособие. М.: МИФИ, 2001. 35 с.
- Стогний А.И., Новицкий Н. Н., Стукалов О. М. Ион но- лучевое полирование наноразмерного рельефа поверхности оптических материалов // Письма ЖТФ.- 2002. Т. 28, Ш. — С. 39 — 48.
- Калин Б.А. Радиационно-пучковые технологии обработки конструкционных материалов // Физика и химия обработки материалов, 2001, № 4. С. 5 — 16.
- Renk T.J., Provencio, P.P., Prasad S. V., Shlapakovski A.S., Petrov A.V., Yatsui K., Jiang W., Suematsu H. Materials Modification Using Intense Ion Beam // Proceedings of the IEEE. 2004. — Vol. 92, No. 7. — P. 1057 — 1081.
- Shulov V.A., Novikov A.S., Paikin A.G., Belov A.B., Lvov A. F., Remnev G.E. Crater Formation on the Surface of Refractory Alloys during High-Power Ion Beam Processing // Surface and Coatings Technology. 2007. — Vol. 201. -P. 8654 — 8658.
- Zhu X. P., Lei M.K. Dong Z.H., Miao S.M., Ma T.C. Crater Formation on the Surface of Titanium Irradiated by a High-Intensity Pulsed Ion Beam // Surface and Coating Technology. 2003. — Vol. 173. — P. 105 — 110.
- Wang X., Wang L.F., Zhu M.L., Zhang J.S., Lei M.K. Influence of High-Intensity Pulsed Ion Beam Irradiation on Oxidation Behavior of 316L Stainless Steel at 7000C // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2006. — Vol. 16.- P. s676 s680.
- Zhu X.P., Lei M.K., Ma T.C. Surface Morphology of Titanium Irradiated by High-Intensity Pulsed Ion Beam // Nuclear Instruments and Methods in Physics
- Research В. 2003. — Vol. 211. — R 69 — 79.
- Yan S., Le X.Y., Zhao W.J., Xue J.M., Wang Y.G. A Possible Thermodynamic Mechanism of Craters Formation on Metal Surfaces Caused by Intense Pulsed Ion Beams // Surface and Coating Technology. 2005. — Vol. 193. — P. 69 — 74.
- Krivobokov V.P., Paschenko O.V. Features of diffusion processes in metals under the effect of nanosecond highcurrent ion beams // Proc. Second Intern. Conf. on Electron Beam Technologies, May 31 June 4, 1988. Bulgaria — Varna, 1988. -P. 796 — 801.
- Лыков А.В. Тепломассообмен: Справочник. M.: Энергия, 1978. — 479 с.
- Бойко В.И., Скворцов В. А., Фортов В. Е., Шамании И. В. Взаимодействие импульсных пучков заряженных частиц с веществом. М.: Физматлит. -2003. — 288 с.
- Кольчужкип A.M., Учайкин В. В. Введение в теорию прохождения частиц через вещество. М.: Атомиздат. — 1978. — 256 с.
- Калашников Н.П., Ремизович B.C., Рязанов М. И. Столкновение быстрых заряженных частиц в твердых телах. М.: Атомиздат. — 1980. — 272 с.
- Воробьёв А.А., Кононов Б. А. Прохождение электронов через вещество. -Томск: Издательство Томского университета. 1966. — 179 с.
- Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло. М.: Наука. — 1973. — 311 с.
- Аброян И. А., Андронов А. Н., Титов А. И. Физические основы электронной и ионной технологии: Учеб. пособие для спец. Электронной техники вузов. -М.: Высш. шк., 1984. 320 с.
- Linhard J. Scharff М. Schiott Н.Е. Range concepts and heavy ion range // Mat. Medd. Dan. Vid. Selsk. 1963. — Vol. 33, № 14. — P. 1 — 42.
- Manning I., Mueller G.P. Depth Distribution of Energy Deposition by Ion Bornbardnie // Comput. Sys. Comm. 1974. — Vol. 7. — P. 86
- Linhard J., Scharff M. Energy Dissipation by Ion in the keV Region // Physical Review. 1961. — Vol. 124, No 1. — P. 128 — 130.
- Готт Ю.В. Взаимодействие частиц с веществом в плазменных исследованиях.- М.: Атомиздат. 1978. — 271 с.
- Диденко А.Н., Чистяков С. А., Яловец А. П. Взаимодействие сильноточного релятивистского электронного пучка с веществом // Атомная энергия. 1979.- Т. 47, № 5. С. 328 — 332.
- Аккерман А.Ф., Бушман А. В., Демидов Б. А. и др. Влияние размера зоны поглощения энергии на характер ударных волн, возбуждаемых сильноточным релятивистским электронным пучком в металлических мишенях // ЖЭТФ.- 1986. Т. 91, вып. 5(11). — С. 1762 — 1765.
- Оке Е. М. Источники электронов с плазменным катодом: физика, техника, применения. Томск: Изд-во HTJI. — 2005. — 216 с.
- Батыгин Ю.В., Воловик В. Д., Иванов С. И., Карасев С. П., Махненко JI.A. Об определении профиля пучка в ускорителе с помощью метода акустической дозиметрии // Приборы и техника эксперимента. 1980. — № 4. — С. 24 — 26.
- Гончаров Д.В., Ежов В. В., Пушкарев А. И., Ремнев Г.Е. Исследование распределения плотности энергии сильноточного импульсного электронного пучка
- Известия Томского политехнического университета. 2005. — Т. 308, № 6.- С. 76 80.
- Озур Г. Е., Проскуровский Д. И., Карлик К. В. Источник широкоапертурных низкоэнергетических сильноточных электронных пучков с плазменным анодом на основе отражательного разряда // Приборы и техника эксперимента.- 2005. № 6. — С. 58 — 65.
- Буренков А.Ф., Комаров Ф. Ф., Кумахов М. А., Темкин М. М. Таблицы параметров пространственного распределения ионно-имплантированных примесей. Минск: Издательство БГУ им. В. И. Ленина. — 1980. — 352 с.
- Блейхер Г. А., Кривобоков В. П., Степанова О. М. Параметры импульсных ионных пучков для обеспечения максимальных коэффициентов эрозии поверхности металлов // Изв. ВУЗов. Физика. 2007. — № 5. — С. 31 — 36.
- Григорьев И.С., Мейлихов Е. З. Физические величины: Справочник. М.: Энергоатомиздат. — 1991. — 1232 с.
- Озур Г. Е. Источники низкоэнергетических сильноточных электронных пучков на основе пушек с плазменным анодом и взрывоэмиссионным катодом: Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук. Томск, 2008. — 40 с.
- Стельмаха М.Ф. Лазеры в технологии. М.: Энергия. — 1975. — 216 с.
- Делоне Н.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. Курс лекций: учеб. руководство. М.: Наука. — 1989. — 280 с.
- Tabata Т., Ito R., Okabe S. An empirical for the backscattering coefficient of electrons // Nuclear instruments and methods 1971. — P. 509 — 513.
- Беспалов В. И. Основы взаимодействия излучений с веществом: учебное пособие. Томск: Изд. ТПУ. — 2003. — 269с.
- Сатель Э.А. Справочник машиностроителя. М.: Издательство «Машиностроение». — 1964. — Т. 5, книга II. — 920 с.
- Быстрицкий В.М., Бойко В. И., Волков В. Н., Красик Я. Е., Шаманин И. Б. Генерация и фокусировка мощного ионного пучка в магнитоизолированном диоде // Физика плазмы. 1989. — Т. 15, вып. 11. — С. 1337 — 1345.
- Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х томах — 8-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение. — 1999. — Т. 1. — 912 с.
- Ремнёв Г. Е., Исаков И. Ф., Опекунов М. С., Матвиенко В. М. Ускорители заряженных частиц и другие излучательные установки и их применение // Извести высших учебных заведений. Физика. 1998. — № 4. — С. 92−111.