Модифицирование углерод-углеродных композиционных материалов при высокодозном воздействии ионов плазмы термоядерных установок

Экспериментально исследовано модифицирование углерод-углеродных композиционных материалов при высокодозном (>3 ⋅ 10¹⁸ см^–2) воздействии ионов Не+, Ne⁺, Ar⁺ и С⁺ c энергиями 10–30 кэВ и температурах облучения от комнатной до 600°С. Показано, что облучение углеродных волокон ионами с энергией десятки кэВ позволяет имитировать радиационные нарушения в графитах с уровнем до несколько сотен смещений на атом (сна), и дает возможность единовременного исследования воздействия ионного облучения под различными углами падения ионов на обращенные к плазме материалы термоядерных установок. При имитации радиационных нарушений в условиях механических напряжений, включающих как сжатие, так и растяжение подходит облучение ионами гелия. Облучение более тяжелыми ионами инертных газов (Ne, Ar) подходит для имитации механических напряжений сжатия. Температурные зависимости ионно-электронной эмиссии отражают текстуру поверхности графитовых материалов и могут служить методом in-situ контроля текстуры оболочки волокна.

1. Atomic and Plasma-Material Interaction Data for Fusion. 1991. Vienna: IATA. V. 1.

2. Temmerman G.D., Heinola K., Borodin D. et al. // Nucl. Mater. Energy. 2021. V. 27. P. 100994.

3. Eckstein W., Bohdansky J., Roth J. Physical Sputtering. 1991. Vienna: IATA. V. 1. P. 51–62.

4. Merola M., Escourbiac F., Raffray R., Chappuis P., Hirai T., Martin A. // Fusion Eng. Des. 2014. V. 89. P. 890–895.

5. Ding F., Luo G.-N., Chen X., et al. // Tungsten. 2019. V. 1. P. 122–131.

6. Khvostenko P.P., Anashkin I.O., Bondarchuk E.N., et al. // Fusion Eng. Des. A. 2019. V. 146. P. 1108–1112.

7. Marsden B.J., Hall G.N. // Comp. Nucl. Mater. 2012. V. 4. P. 325–390.

8. Guérin Y., Was G.S., Zinkle S.J., Editors G. // Mater. Res. Soc. Bull. 2009. V. 34. P. 10–14.

9. Was G.S. // J. Nucl. Mater. 2007. V. 367–370. P. 11–20.

10. Virgil’ev Yu.S., Kalyagina I.P. // Inorg. Mater. 2004. V. 40. P. S33–S49.

11. Burchell T.D. // MRS Bull. 1997. V. 22. P. 29–35.

12. Was G.S. Fundamentals of Radiation Materials Science, 2nd ed. 2014. New York: Springer-Verlag.

13. Galy N., Toulhoat N., Moncoffre N. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 2017. V. 409. P. 235–240.

14. Liu D., Cherns D., Johns S., et al. // Carbon. 2021. V. 173. P. 215–231.

15. Behrisch R. Particle Bombardment and Energy Fluxes to the Vessel Walls in Controlled Thermonuclear Fusion Devices. 1991. Vienna: IAEA. V. 1. P. 7–16.

16. Andrianova N.N., Borisov A.M., Mashkova E.S., et al. // Horizons in World Physics. 2013. New York: Nova Science. V. 280. P. 171.

17. Mashkova E.S., Molchanov V.A. Medium-Energy Ion Reflection from Solids. 1985. Amsterdam: North-Holland.

18. Niwase K., Tanabe T. // J. Nucl. Mater. 1991. V. 179– 181. P. 218–222.

19. Andrianova N.N., Borisov A.M., Mashkova E.S., et al. // Vacuum. 2021. V. 188. P. 110177.

20. Andrianova N.N., Borisov A.M., Makunin A.V., et al. // Proc. 25th Int. Conf. Ion Surface Interactions. 2021. V. 2. P. 35–38.

21. Аникин В.А., Борисов А.М., Макунин А.В., Машкова Е.С., Овчинников М.А. // Ядерная физика и инжиниринг. 2018. Т. 9 (2). С. 122−129 [Anikin V.A., Borisov A.M., Makunin A.V., , Mashkova E.S., Ovchinnikov M.A. // Phys. At. Nucl. 2018. V. 81 (11). P. 1547–1553].

22. Andrianova N.N., Borisov A.M., Kazakov V.A., et al. // Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 2020. V. 84 (6). P. 707– 712.

23. Andrianova N.N., Borisov A.M., Virgiliev Y.S., et al. // J. Surf. Invest.: X-Ray, Synchrotr. Neutron Tech. 2008. V. 2 (3). P. 376–379.

24. Cernusca S., Fursatz M., Winter H.P., et al. // Europhys Lett. 2005. V. 70 (6). P. 768–774.

25. Борисов А.М., Виргильев Ю.С., Машкова Е.С., Немов А.С., Питиримова Е.А. // Поверхность. Рентген., синхротр. нейтр. исслед. 2006. № 1. C. 7–13.

26. Ferrari A.C., Robertson J. // Phys. Rev. B. 2000. V. 61. P. 14095.

27. Borisov A.M., Vysotina E.A., Mashkova E.S., et al. // J. Surf. Invest.: X-Ray, Synchrotr. Neutron Tech. 2022. V. 16 (2). P. 211–216.

28. Borisov A.M., Virgil’ev Y.S., Mashkova E.S. // J. Surf. Invest.: X-Ray, Synchrotr. Neutron Tech. 2008. V. 2 (1). P. 52–67.

29. Blackstone R. // J. Nucl. Mater. 1977. V. 65. P. 72.

30. Burchell T.D., Eatherly W.P. // J. Nucl. Mater. 1991. V. 179–181. P. 205.

31. Andrianova N.N., Borisov A.M., Virgil’ev Yu.S., et al. // J. Surf. Invest.: X-Ray, Synchrotr. Neutr. Tech. 2014. V. 8 (3). P. 513−518.

32. Schilling W., Ullmaier H. // Material Science and Technology. Ed. by Cahn R.W., Haasen P., and Kramer E.J. 1994. Weinheim: VCH. Ch. 9.

33. Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Виргилиев Ю.С., Машкова Е.С. // ВАНТ. Сер.: Технич. физика автоматиз. 2013. № 67 (1). C. 119–125.