Температурные и энергетические закономерности ионно-лучевого модифицирования высокоориентированного пиролитического графита

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Экспериментально исследован поверхностный слой высокоориентированного пиролитического графита после облучения ионами аргона с энергий от 10 до 30 кэВ с флуенсом до 1019 ион/см2 в интервале температур мишеней от комнатной до 600°С. Закономерности изменения поверхности облученного слоя сопоставлены с известными закономерностями изменений морфологии и размеров пирографитов при облучении быстрыми реакторными нейтронами. Найдено, что выше критического флуенса ионного облучения высокоориентированного пиролитического графита происходит резкое возрастание амплитуды шероховатости поверхности со столбчато-игольчатой морфологией R на несколько порядков величины больше проективного пробега ионов Rp. Показано, что температурный интервал, соответствующий максимальным значениям величины амплитуды шероховатости поверхности, близок к температурному интервалу интенсивного радиационного формоизменения графита при нейтронном облучении, приводящего к его вторичному разбуханию. Проведена оценка критического флуенса образования столбчато-игольчатой морфологии при энергии облучения ионами аргона от 10 до 30 кэВ. Измеренные уровни критического флуенса ионов, выраженные в числе радиационных смещений, после их коррекции, с учетом различий эффективности радиационных повреждений нейтронами и ионами, могут быть использованы для оценки стойкости ядерных углеродных материалов с помощью имитационного ионного облучения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. Н. Андрианова

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Московский авиационный институт

Автор, ответственный за переписку.
Email: ov.mikhail@gmail.com
Россия, Москва; Москва

А. М. Борисов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Московский авиационный институт; Московский государственный технологический университет “СТАНКИН”

Email: ov.mikhail@gmail.com
Россия, Москва; Москва; Москва

Е. А. Воробьева

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: ov.mikhail@gmail.com
Россия, Москва

М. А. Овчинников

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: ov.mikhail@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Виргильев Ю.С., Гундорова Н.И., Куроленкин Е.И., Лебедев Ю.Н., Макарченко В.Г. Непрошиин Е.И., Попелюхина М.И., Харитонов А.В. // Изв. АН СССР. Сер. Неорг. матер. 1980. Т. 16. № 4. С. 669.
  2. Виргильев Ю.С., Гундорова Н.И., Куроленкин Е.И., Непрошин Е.И., Харитонов А.В. // Физ. и хим. обраб. матер. 1982. № 2. С. 3.
  3. Brocklehurst J.E, Kelly B.T. // Carbon. 1993. V. 31. № 1. P. 179. https://www.doi.org/10.1016/0008-6223(93)90170-F
  4. Виргильев Ю.С., Чугунова Т.К., Макарченко В.Г., Муравьева Е.В. // Изв. АН СССР. Сер. Неорг. матер. 1984. Т. 20. № 8. С. 1378.
  5. Virgil’ev Yu.S., Kalyagina I.P. // Inorg. Mater. 2004. V. 40. P. S33. https://www.doi.org/10.1023/B:INMA.0000036327. 90241.5a
  6. Was G.S., Jiao Z., Getto E., Sun K., Monterrosa A.M., Maloy S.A., Anderoglu O., Sencer B.H., Hackett M. // Scripta Materialia. 2014. V. 88. P. 33. https://www.doi.org/10.1016/j.scriptamat.2014.06.003
  7. Вас Г.С., Основы радиационного материаловедения. Металлы и сплавы. М.: Техносфера, 2014. 992 с.
  8. Liu D., Cherns D., Johns S., Y. Zhou, J. Liu, W.-Y. Chen, I. Griffiths, C. Karthik, M. Li, M. Kuball, J. Kane, W. Windes // Carbon. 2021. V. 173 P. 215. https://www.doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.086
  9. Telling R.H. Heggie M.I. // Phil. Mag. 2007. V. 87. P. 4797. https://www.doi.org/10.1080/14786430701210023
  10. Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Виргильев Ю.С., Машкова Е.С., Севостьянова В.С., Шульга В.И. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2013. № 3. С. 103. https://www.doi.org/10.7868/S0207352813030050
  11. Andrianova N.N., Borisov A.M., Mashkova E.S., Sevostyanova V.S., Virgiliev Yu.S. // Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B. 2013. V. 315. P. 117. https://www.doi.org/10.1016/j.nimb.2013.04.014
  12. Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Виргильев Ю.С., Машкова Е.С., Севостьянова В.С. // Изв. РАН. Сер. физ. 2014. Т. 78. № 6. С. 723. https://www.doi.org/10.7868/S0367676514060052
  13. Mashkova E.S., Molchanov V.A. Medium-Energy Ion Reflection from Solids. Amsterdam: North-Holland, 1985. 444 p.
  14. Burchell T.D. Eatherly W.P. // J. Nucl. Mater. 1991. V. 179–181. P. 205.
  15. Платонов П.А., Штромбах Я.И., Карпухин В.И., Виргильев Ю.С., Чугунов О.К., Трофимчук Е.И. Действие излучения на графит высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов. // Атомноводородная энергетика и технология: Сб статей. Вып. 6. М.: Энергоатомиздат, 1984. С. 77.
  16. Ferrari A.C., Robertson J. // Phys. Rev. B. 2000. V. 61. P. 14095. https://www.doi.org/10.1098/rsta.2004.1452
  17. Hbiriq Y., Ammar M. R., Fantini C., L. Hennet, M. Zaghrioui // Phys. Rev. B. 2023. V. 107. P. 134305. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevB.107.134305
  18. Pimenta M.A., Dresselhaus G., Dresselhaus M.S., L. G. Cançado, A. Jorio, R. Saito //Phys. Chem. Chem. Phys. 2007. V. 9. № 11. P. 1276. https://www.doi.org/10.1039/B613962K
  19. Larouche N., Stansfield B.L. // Carbon. 2010. V. 48. № 3. P. 620. https://www.doi.org/10.1016/j.carbon.2009.10.002
  20. Kelly B.T. Dimensional changes and lattice parameter changes in graphite crystals due to interstitial atoms and vacancies. // Proc. 2nd Conference on Industrial Carbon and Graphite. Society of Chemical Industry. London. 1965. P. 483.
  21. Burchell T.D. // MRS Bull. 1997. V. 22. P. 29. https://www.doi.org/10.1557/S0883769400033005
  22. Жмуриков Е.И., Бубненков И.А., Дремов В.В., Самарин С.И., Покровский А. С., Харьков Д. В. Графит в науке и ядерной технике. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2013. 163 с.
  23. Andrianova N.N., Avilkina V.S., Borisov A.M., Mashkova E.S., Parilis E.S. // Vacuum. 2012. V. 86. P. 1630. https://www.doi.org/10.1016/j.vacuum.2011.12.010
  24. Andrianova N.N., Borisov A.M., Mashkova E.S., Virgiliev Yu.S. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2013. V. 315. P. 240. https://www.doi.org/10.1016/j.nimb.2013.04.011
  25. Ehrhart P., Schilling W., Ullmaier H. // Encyclopedia Appl. Phys. 1996. V. 15. P. 429.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. РЭМ-изображения поверхности УПВ-1Т после облучения ионами аргона с энергией 30 кэВ и флуенсом 1 × 1018 ион/см2 при температуре 50 (а); 250 (б); 550°С (в).

Скачать (266KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Спектры комбинационного рассеяния до (1) и после облучения ионами аргона с энергией 30 кэВ с флуенсом 1 × 1018 ион/см–2 при температуре 50 (2); 250 (3); 550°С (4). Сплошными тонкими линиями показано разложение спектров функциями Гаусса и Лоренца.

Скачать (119KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость амплитуды шероховатости поверхности образца R, глубины имплантированного аргона hAr по данным [11] и проективного пробега Rp от температуры облучения УПВ-1Т ионами Ar+ с энергией 30 кэВ (а); зависимости относительного изменения объема кристаллита графита вдоль кристаллографических направлений а и с: ε = (Δxa / xa) / (Δxc / xc) от температуры облучения нейтронами (штрихпунктирная линия) по данным [20] и скорости относительного роста толщины пирографита v при низком < 1021 нейтрон/см2 (сплошная линия) и высоком > 1021 нейтрон/см2 флуенсе нейтронов (пунктирная линия) по данным [4] (б).

Скачать (183KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость амплитуды шероховатости поверхности образца R, глубины имплантированного аргона hAr, по данным [11], и проективного пробега Rp от энергии ионов Ar+. Температура облучения 250°С.

Скачать (81KB)
Метаданные

© Институт физики твердого тела РАН, Российская академия наук, 2025