npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562925020010BYKAYWnpe-444Research ArticleВзаимодействие плазмы, пучков частиц и излучения с веществомInteraction of Plasma, Particle Beams and Radiation with MatterАНАЛИЗ КРАТЕРОВ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ОБЛУЧЕНИИ ВОЛЬФРАМОВЫХ ПЛЕНОК ПИКОСЕКУНДНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ ДЛЯ ЛАЗЕРНО-АССИСТИРОВАННОЙ ДИАГНОСТИКИ ПОВЕРХНОСТИANALYSIS OF CRATERS IN TUNGSTEN FILMS IRRADIATED WITH PICOSECOND LASER PULSES FOR LASER-ASSISTED SURFACE DIAGNOSTICSЕфимовН. Е.EfimovN. E.neefimov@mephi.ruСинельниковД. Н.SinelnikovD. N.ГришаевМ. В.GrishaevM. V.ГаспарянЮ. М.GasparyanYu. M.КратС. А.KratS. A.СорокинИ. А.SorokinI. A.Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”; Санкт-Петербургский государственный университетРоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute); Saint Petersburg State UniversityRussian FederationНациональный исследовательский ядерный университет “МИФИ”РоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian FederationНациональный исследовательский ядерный университет “МИФИ”; Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАНРоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute); Kotel’nikov Institute of Radio Engineering and Electronics (Fryazino Branch), Russian Academy of SciencesRussian Federation202522012025162213221Copyright © Ефимов Н.Е., Синельников Д.Н., Гришаев М.В., Гаспарян Ю.М., Крат С.А., Сорокин И.А., 20252025Ефимов Н.Е., Синельников Д.Н., Гришаев М.В., Гаспарян Ю.М., Крат С.А., Сорокин И.А.Efimov N.E., Sinelnikov D.N., Grishaev M.V., Gasparyan Y.M., Krat S.A., Sorokin I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/444

В работе проведено измерение профилей кратеров, полученных при воздействии лазерного излучения пикосекундной длительности с длиной волны 1064 нм и плотностью энергии в диапазоне 0.4–7.0 Дж/см2 на поверхность вольфрамовых пленок, с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, а также контактной профилометрии. Показано наличие нескольких механизмов эрозии поверхности при данных параметрах облучения. Проведен анализ влияния формы кратеров на сигнал лазерно-ассистированной масс-спектрометрии при облучении дейтерированных вольфрамовых пленок.

In this work, the profiles of craters obtained by the irradiation of a picosecond laser with a wavelength of 1064 nm and energy density in the range of 0.4–7.0 J/cm2 of tungsten films were measured using energy-dispersive X-ray spectroscopy, as well as a contact profilometry. The presence of several mechanisms of surface erosion at given irradiation parameters is shown. The influence of the craters shape on the signal of laser-assisted quadrupole mass spectrometry during irradiation of deuterium-containing tungsten films is analyzed.

тонкие пленкисканирующая электронная микроскопияэнергодисперсионная рентгеновская спектроскопияпрофилометриянакопление водородаthin filmsscanning electron microscopyenergy dispersive X-ray spectroscopyprofilometryhydrogen retentionРаздел 2 работы был выполнен при поддержке гранта Российского научного фонда 22-12-00360 “Лазерная диагностика накопления изотопов водорода во взаимодействующих с плазмой материалах токамака”. Раздел 3 работы был выполнен при поддержке министерства науки и высшего образования Российской Федерации (FSWU-2024-0001).ReferencesOsticioli I., Mendes N.F.C., Porcinai S., Cagnini A., Castellucci E. // Anal. Bioanal. Chem. 2009. V. 394 (4). P. 1033–1041. https://doi.org/10.1007/s00216-009-2653-8Osticioli I., Mendes N.F.C., Porcinai S., Cagnini A., Castellucci E. // Anal. Bioanal. Chem. 2009. V. 394 (4). P. 1033–1041. https://doi.org/10.1007/s00216-009-2653-8Moncayo S., Rosales J.D., Izquierdo-Hornillos R., Anzano J., Caceres J.O. // Talanta. 2016. V. 158. P. 185–191. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2016.05.059Moncayo S., Rosales J.D., Izquierdo-Hornillos R., Anzano J., Caceres J.O. // Talanta. 2016. V. 158. P. 185–191. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2016.05.059Asquini C.P. Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). Handbook of Solid-State Lasers: Materials, Systems and Applications. 2013. P. 551–571. https://doi.org/10.1533/9780857097507.2.551Asquini C.P. Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). Handbook of Solid-State Lasers: Materials, Systems and Applications. 2013. P. 551–571. https://doi.org/10.1533/9780857097507.2.551Ge M.-C. et al. // J. Microbiol. Immun. Infect. 2017. V. 50 (5). P. 662–668. https://doi.org/10.1016/j.jmii.2016.06.002Ge M.-C. et al. // J. Microbiol. Immun. Infect. 2017. V. 50 (5). P. 662–668. https://doi.org/10.1016/j.jmii.2016.06.002Philipps V. et al. // Nucl. Fusion. 2013. V. 53 (9). P. 93002–93014. https://doi.org/10.1088/0029-5515/53/9/093002Philipps V. et al. // Nucl. Fusion. 2013. V. 53 (9). P. 93002–93014. https://doi.org/10.1088/0029-5515/53/9/093002Van Der Meiden H.J. et al. // J. Instrum. 2013. V. 8 (11). https://doi.org/10.1088/1748-0221/8/11/C11011Van Der Meiden H.J. et al. // J. Instrum. 2013. V. 8 (11). https://doi.org/10.1088/1748-0221/8/11/C11011Efimov N.E., Sinelnikov D.N., Bulgadaryan D.G., Gasparyan Y.M., Vovchenko E.D., Krat S.A. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2022. V. 86 (5). P. 532–535. https://doi.org/10.3103/S1062873822050057Efimov N.E., Sinelnikov D.N., Bulgadaryan D.G., Gasparyan Y.M., Vovchenko E.D., Krat S.A. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2022. V. 86 (5). P. 532–535. https://doi.org/10.3103/S1062873822050057Razdobarin A.G. et al. // Plasma Phys. Rep. 2024. V. 50 (6). P. 667–677. https://doi.org/10.1134/S1063780X24600853Razdobarin A.G. et al. // Plasma Phys. Rep. 2024. V. 50 (6). P. 667–677. https://doi.org/10.1134/S1063780X24600853Gasparyan Y. et al. // Fusion Eng. Des. 2021. V. 172. P. 112882. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2021.112882Gasparyan Y. et al. // Fusion Eng. Des. 2021. V. 172. P. 112882. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2021.112882Malaquias A. et al. // J. Nucl. Mater. 2013. V. 438. P. S936–S939. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2013.01.203Malaquias A. et al. // J. Nucl. Mater. 2013. V. 438. P. S936–S939. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2013.01.203Wu C., Zhigilei L.V. // Appl. Phys. A. 2014. V. 114 (1). P. 11–32. https://doi.org/10.1007/s00339-013-8086-4Wu C., Zhigilei L.V. // Appl. Phys. A. 2014. V. 114 (1). P. 11–32. https://doi.org/10.1007/s00339-013-8086-4Papernov S., Schmid A.W. // J. Appl. Phys. 2005. V. 97 (11). P. 114906. https://doi.org/10.1063/1.1924878Papernov S., Schmid A.W. // J. Appl. Phys. 2005. V. 97 (11). P. 114906. https://doi.org/10.1063/1.1924878Inogamov N.A., Petrov Yu.V., Khokhlov V.A., Zhakhovskii V.V. // High Temp. 2020. V. 58 (4). P. 632–646. https://doi.org/10.1134/S0018151X20040045Inogamov N.A., Petrov Yu.V., Khokhlov V.A., Zhakhovskii V.V. // High Temp. 2020. V. 58 (4). P. 632–646. https://doi.org/10.1134/S0018151X20040045Bishop H.E., Poole D.M. // J. Phys. D. 1973. V. 6 (9). P. 1142–1158. https://doi.org/10.1088/0022-3727/6/9/318Bishop H.E., Poole D.M. // J. Phys. D. 1973. V. 6 (9). P. 1142–1158. https://doi.org/10.1088/0022-3727/6/9/318Sorokin I.A., Kolodko D.V. // Thin Solid Films. 2021. V. 737. P. 138937. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2021.138937Sorokin I.A., Kolodko D.V. // Thin Solid Films. 2021. V. 737. P. 138937. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2021.138937Sorokin I.A., Kolodko D.V. // Vacuum. 2023. V. 207. P. 111570. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2022.111570Sorokin I.A., Kolodko D.V. // Vacuum. 2023. V. 207. P. 111570. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2022.111570Demers H., Poirier-Demers N., Couture A.R., Joly D., Guilmain M., de Jonge N., Drouin D. // Scanning. 2011. V. 33 (3). P. 135–146. https://doi.org/10.1002/sca.20262Demers H., Poirier-Demers N., Couture A.R., Joly D., Guilmain M., de Jonge N., Drouin D. // Scanning. 2011. V. 33 (3). P. 135–146. https://doi.org/10.1002/sca.20262Paris P., Butikova J., Laan M., Hakola A., Jõgi I., Likonen J., Grigore E., Ruset C. // Nucl. Mater. Energy. 2019. V. 18. P. 1–5. https://doi.org/10.1016/j.nme.2018.11.018Paris P., Butikova J., Laan M., Hakola A., Jõgi I., Likonen J., Grigore E., Ruset C. // Nucl. Mater. Energy. 2019. V. 18. P. 1–5. https://doi.org/10.1016/j.nme.2018.11.018Struleva E., Ashitkov S., Komarov P. // High Temp. 2018. V. 56 (5). P. 696–701. https://doi.org/10.31857/S004036440003357-6Struleva E., Ashitkov S., Komarov P. // High Temp. 2018. V. 56 (5). P. 696–701. https://doi.org/10.31857/S004036440003357-6Ionin A.A., Kudryashov S.I., Samokhin A.A. // Phys. Usp. 2017. V. 60 (2). P. 149–160. https://doi.org/10.3367/UFNe.2016.09.037974Ionin A.A., Kudryashov S.I., Samokhin A.A. // Phys. Usp. 2017. V. 60 (2). P. 149–160. https://doi.org/10.3367/UFNe.2016.09.037974Sokolowski-Tinten K., Bialkowski J., Cavalleri A., von der Linde D., Oparin A., Meyer-ter-Vehn J., Anisimov S.I. // Phys. Rev. Lett. 1998. V. 81 (1). P. 224–227. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.81.224Sokolowski-Tinten K., Bialkowski J., Cavalleri A., von der Linde D., Oparin A., Meyer-ter-Vehn J., Anisimov S.I. // Phys. Rev. Lett. 1998. V. 81 (1). P. 224–227. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.81.224Artyukov I.A., Zayarniy D.A., Ionin A.A., Kudryashov S.I., Makarov S.V., Saltuganov P.N. // JETP Lett. 2014. V. 99 (1). P. 51–55. https://doi.org/10.1134/S0021364014010020Artyukov I.A., Zayarniy D.A., Ionin A.A., Kudryashov S.I., Makarov S.V., Saltuganov P.N. // JETP Lett. 2014. V. 99 (1). P. 51–55. https://doi.org/10.1134/S0021364014010020Ionin A.A., Kudryashov S.I., Seleznev L.V., Sinitsyn D.V., Bunkin A.F., Lednev V.N., Pershin S.M. // J. Exp. Theor. Phys. 2013. V. 116 (3). P. 347–362. https://doi.org/10.1134/S106377611302012XIonin A.A., Kudryashov S.I., Seleznev L.V., Sinitsyn D.V., Bunkin A.F., Lednev V.N., Pershin S.M. // J. Exp. Theor. Phys. 2013. V. 116 (3). P. 347–362. https://doi.org/10.1134/S106377611302012XWang X.Y., Downer M.C. // Opt. Lett. 1992. V. 17 (20). P. 1450. https://doi.org/10.1364/OL.17.001450Wang X.Y., Downer M.C. // Opt. Lett. 1992. V. 17 (20). P. 1450. https://doi.org/10.1364/OL.17.001450Petrović S., Gaković B., Peruško D., Desai T., Batani D., Čekada M., Radak B., Trtica M. // Laser Phys. 2009. V. 19 (8). P. 1844–1849. https://doi.org/10.1134/S1054660X09150353Petrović S., Gaković B., Peruško D., Desai T., Batani D., Čekada M., Radak B., Trtica M. // Laser Phys. 2009. V. 19 (8). P. 1844–1849. https://doi.org/10.1134/S1054660X09150353Zheng B., Jiang G., Wang W., Mei X., Wang F. // Opt. Laser Tech. 2017. V. 94. P. 267–278. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2017.02.003Zheng B., Jiang G., Wang W., Mei X., Wang F. // Opt. Laser Tech. 2017. V. 94. P. 267–278. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2017.02.003Razdobarin A.G. et al. // Plasma Phys. 2022. V. 48 (12). P. 1216–1232. https://doi.org/10.31857/S0367292122100249Razdobarin A.G. et al. // Plasma Phys. 2022. V. 48 (12). P. 1216–1232. https://doi.org/10.31857/S0367292122100249Ефимов Н.Е., Синельников Д.Н., Гришаев М.В., Гаспарян Ю.М., Ефимов В.С., Крат С.А. // Ядерная физика и инжиниринг. 2024. Т. 15 (4). С. 324–331. [Efimov N.E., Sinelnikov D.N., Grishaev M.V., Gasparyan Y.M., Efimov V.S., Krat S.A. // Phys. At. Nucl. 2023. V. 86 (10). P. 2173–2179 https://doi.org/10.1134/S1063778823100137]. https://doi.org/10.56304/S2079562923030120Ефимов Н.Е., Синельников Д.Н., Гришаев М.В., Гаспарян Ю.М., Ефимов В.С., Крат С.А. // Ядерная физика и инжиниринг. 2024. Т. 15 (4). С. 324–331. [Efimov N.E., Sinelnikov D.N., Grishaev M.V., Gasparyan Y.M., Efimov V.S., Krat S.A. // Phys. At. Nucl. 2023. V. 86 (10). P. 2173–2179 https://doi.org/10.1134/S1063778823100137]. https://doi.org/10.56304/S2079562923030120Krat S.A., Popkov A.S., Gasparyan Y.M., Vasina Y.A., Prishvitsyn A.S., Pisarev A.A. // J. Instrum. 2020. V. 15 (1). P. P01011–P01011. https://doi.org/10.1088/1748-0221/15/01/P01011Krat S.A., Popkov A.S., Gasparyan Y.M., Vasina Y.A., Prishvitsyn A.S., Pisarev A.A. // J. Instrum. 2020. V. 15 (1). P. P01011–P01011. https://doi.org/10.1088/1748-0221/15/01/P01011

The authors declare that there are no conflicts of interest present.