Пименов В.Н., Боровицкая И.В., Дёмин А.С., Епифанов Н.А., Латышев С.В., Масляев С.А., Морозов Е.В., Сасиновская И.П., Бондаренко Г.Г., Гайдар А.И. «Повреждаемость ниобия импульсными потоками ионов гелия и гелиевой плазмы» Физика и химия обработки материалов, № 6, с. 5-17 (2021)

Исследована повреждаемость ниобия импульсными потоками ионов гелия (ИГ) и гелиевой плазмы (ГП) в установке Плазменный фокус (ПФ) при плотности мощности потоков соответственно qi ∼10⁸ Вт/см² и qi ∼10⁷ Вт/см² и длительности импульсов τi≈30–50 нс и τp≡100 нс. В реализованном режиме облучения наблюдается эрозия материала, связанная с испарением поверхностного слоя (ПС), которое происходит несколько более интенсивно в центральной части зоны облучения под действием наиболее высокоэнергетичных потоков ИГ и ГП. Выявлены характерные факторы повреждаемости ПС ниобия в рассматриваемых условиях облучения. К ним относятся: плавление поверхностного слоя с образованием волнообразного рельефа поверхности и большого количества блистеров двух видов – газонаполненных и с разрушенными оболочками, а также наличие микротрещин. Возникновение блистеров связано с формированием комплексов на основе соединения имплантированного гелия с вакансиями и атомами примесей внедрения (C, O, N и др.) и последующим их ростом и коагуляцией в жидкой фазе при импульсных воздействиях потоков энергии на облучаемую поверхность Nb. Часть микротрещин, образованных в ПС под действием термических напряжений, совпадает с линиями скольжения материала, возникающими под действием высокоскоростной пластической деформации. Сетка таких микротрещин создает на поверхности Nb блочную структуру. В облученном поверхностном слое ниобия обнаружены зоны столбчатых кристаллов и ячеистая микроструктура поверхности, в которой средний размер ячеек составляет ∼100 нм. Методом численного моделирования показано, что в указанных зонах процесс затвердевания ПС протекал посредством направленной кристаллизации с высокой скоростью, которая вблизи облученной поверхности достигала ∼35 м/с.