Воздействие импульсных потоков
ионов гелия и гелиевой плазмы
на аустенитную хромомарганцевую сталь,
предварительно облученную дейтерием

А. С. Демин

Исследовано влияние последовательного воздействия импульсных потоков ионов гелия и гелиевой плазмы на образцы малоактивируемой хромомарганцевой аустенитной стали 25Cr12Mn20W, вырезанные из шестигранной трубы, после ее предварительного облучения потоками ионов дейтерия и дейтериевой плазмы в различных режимах в установке Плазменный фокус PF–1000. Реализованы два режима облучения дейтерием: относительно “мягкий” — с плотностью мощности q ≈ 107 – 108Вт/см2 и “жесткий” режим при q ≈ 109 – 1010Вт/см2 с длительностью импульсного воздействия t ≈ 100 нс и числом импульсных разрядов N= 4 для обоих случаев. Показано, что влияние потоков ионов гелия и гелиевой плазмы в установке ПФ “Вихрь” с параметрами облучения q ≈ 107 – 108Вт/см2, t ≈ 100 нс, N = 15 на внутреннюю поверхность образца стальной трубы зависит от режима его предварительного облучения потоками ионов дейтерия и дейтериевой плазмы. В относительно “мягком” режиме предварительного воздействия потоков ионов дейтерия и дейтериевой плазмы с плотностью мощности q ≈ 107 – 108 Вт/см2последующее импульсное облучение гелием приводит к небольшим изменениям в повреждаемости поверхностного слоя: сглаживанию волнообразного рельефа поверхности, возрастанию в поверхностном слое порообразования, возникновению в нем микротрещин и формированию частиц фаз сферической формы, состоящих из основных и примесных элементов состава стали. Наблюдается также наличие ниобия, осаждаемого с анода установки ПФ. Воздействие потоков ионов гелия и гелиевой плазмы на внутреннюю поверхность образца стальной трубы после его предварительного облучения потоками ионов дейтерия и дейтериевой плазмы в “жестком” режиме при q ≈ 109 – 1010 Вт/см2увеличивает повреждаемость поверхностного слоя. Имплантация гелия в материал способствует возрастанию количества и размеров открытых полостей (десятки мкм), возникших в поверхностном слое на предварительном этапе облучения трубы дейтерием, образованию в нем многочисленных мелких (до ~ 5 мкм) пузырей и пор, появлению на облученной поверхности сферических частиц фаз разного состава. Увеличение повреждаемости поверхностного слоя в образце исследуемой стали после его последующего импульсного облучения гелием сопровождается существенным ростом интенсивности эрозии материала по сравнению с ситуацией, реализованной при более мягком режиме предварительного облучения образца. Возросшая эрозия приводит к заметному уменьшению содержания ниобия, осаждаемого на облучаемую поверхность.

Ключевые слова: импульсные потоки, плазма, ионы, плазменный фокус, космическое материаловедение, радиационное материаловедение.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-26-37