Радиационно-механические эффекты в твердых телах при облучении высокоинтенсивными импульсными электронными и ионными пучками

Актуальность проблемы. Появление лазеров, а затем ускорителей сильноточных электронных (СЭП) и мощных импульсных ионных пучков (МИЛИ) создало уникальную возможность получения новых видов воздействий концентрированных потоков энергии (КПЭ) на материалы. В отличии традиционных способов (ударно-волновое нагружение или закалка и отжиг сталей) они сочетают одновременно механическое, тепловое и радиационное воздействия. Это дало возможность создавать в макрообъемах такие высокие плотности возбуждений в электронной (ЭП) и ядерной (ЯП) подсистемах твердых тел, ранее достижимых только в микрообластях — треках тяжелых заряженных частиц и каналах электрического пробоя. Обнаружен ряд новых уникальных эффектов, таких как ранее предсказанная Л. В. Келдышем конденсация экситонов в полупроводниках, хрупкое разрушение всех классов твердых тел при воздействии СЭП, аномальное глубинное упрочнение металлов, облученных МИЛИ. Это положило начало развитию новых фундаментальных направлений в физике высоких плотностей энергии. В связи с необходимостью решения Проблемы Управляемого Термоядерного Синтеза в рамках Национальных Программ России, США и Японии требовалось проведение исследований по созданию и изучению свойств плотной плазмы, для управляемой генерации которой появились новые источники.

Возникли новые задачи и в радиационном материаловедении. К конструкционным материалам ядерной энергетики стали предъявляться повышенные требования по эксплуатации в экстремальных условиях — воздействиях мощных радиационных потоков, сверхвысоких температур и давлений, химически агрессивных сред. Для быстроразвивающейся аэрокосмической промышленности в производстве двигателей стали необходимы специальные жаропрочные материалы. В микроэлектронике возникла потребность в особо чистых материалах и специальных композитах с новыми свойствами. Стали и сплавы с высокой износостойкостью были нужны в машиностроении. Существующие химико-термические методы обработки не отвечали решению новых задач и практически исчерпали свои возможности. Это явилось стимулом в эффективном использовании новых видов КТО.

В настоящее время подобные мировые исследования характеризуются резкой интенсификацией работ. Об этом свидетельствует проведение традиционных международных конференций, таких как Ионно-Пучковая Модификация Материалов (Ion Beam Modification of Materials — EBMM), Радиационные Эффекты в Изоляторах (Radiation Effects in Insulators — REI), Поверхностная Модификация Металлов Ионными Пучками (Surface Modification of Metals by Ion BeamsSMMIB), Ионно-Пучковый Анализ (Ion Beam Analysis — ЮА) и ряд других. Сейчас в мире целом по известным причинам резко сократилось финансирование военных программ на разработку и создание пучкового оружия, поэтому возникла необходимость и появилась возможность использования большого парка существующих сильноточных ускорителей для новых целей и задач. В ряде стран стали разрабатываться свои конверсионные программы, о чем сообщалось на последней Конференции IBMM-10 (Альбукерке, Нью-Мехико, США, 1996 г.). В Японии (Нагаока, Технический Университет) создана новая технология по интенсивному Импульсному Ионно-Пучковому Испарению (Intense Pulsed Ion Beam EvaporationЮЕ), широко применяемой в электронной и оптической промышленности. В США появилась новая Программа по Ионной Поверхностной Обработке (Ion Beam Surface Treatment — IBEST).

Основой любой модификации свойств материалов является создание определенных структурно-фазовых превращений, вызванных специальными видами их обработки. Главные факторы, определяющие характер взаимодействия радиационных КПЭ с веществом, следующие: интенсивность облученияполная введенная энергия и ее плотность (флюенс) — вид частиц и их энергияусловия облученияфизико-химические свойства материала. Широко известные методы лазерной обработки и ионной имплантации достаточно полно представлены в литературе. В данной работе основное внимание уделено сравнительно новым и, как уже теперь установлено, успешным методам модификации материалов при облучении МИЛИ и СЭП.

Уникальность воздействия МИЛИ на твердые материалы в обычно применяемых режимах обработки заключается в том, что малые пробеги ионов (0.110 мкм), большие флюенсы (1−100 Дж/см /импульс) при коротких длительностях одиночных импульсов (<1 мкс) обеспечивают высокие значения интенсивностей облучения 107 -Ю10 Вт/см2, которые при токах в импульсе 5−50 кА и энергиях ионов 0.1−2 МэВ создают идеальные условия для сверхбыстрого (1010−10и К/с) нагрева в области поглощения излучения при минимальном теплоотводе. Такой нагрев сопровождается очень интенсивными процессами плавления, испарения и выброса (абляции) материала со стороны облучаемой поверхности, подобными при импульсном лазерном облучения (ИЛО). Испаренный материал может формировать специальные покрытия на подлоядаах, а расплав кристалла при быстром остывании (Ю9-Ю10 К/с) способен создавать аморфные поверхностные слои, различные неравновесные микроструктуры и нерастворимые при обычных условиях твердые растворы, запрещенные диаграммами состояний.

Прогресс в применении МИЛИ по сравнению с ИЛО в том, что они способны поставлять большую энергию 0.1−70 кДж за импульс при значительно более высоком КПД использования электрической энергии (т.е. отношения вводимой пучком энергии в мишень, к полной энергии, необходимой для генерации пучка), составляющими 15−40% (для ИЛО <1%). Поэтому ускорители МИЛИ более компактны и имеют меньшую стоимость, что обеспечивает преимущества их коммерческого использования. Другим существенным достоинством МИЛИ является возможность выбора вида ионов и их энергии, что вместе с соответствующим изменением флюенса позволяет варьировать глубину проплавленного или испаренного слоя. Кроме этого, как показано в работе, МИЛИ в отличии от ИЛО, более эффективны в формировании пространственных глубинных упрочненных слоев в металлах, что существенно увеличивает их износостойкость.

Подробный обзор работ по воздействию МИПИ на твердые материалы, включая физические аспекты явлений и радиационные превращения, представлен в [1] и нашей монографии [2]. Кроме глобального применения МИПИ в Программах Управляемого Термоядерного Синтеза, их использование в технологиях включает: создание пленочных покрытийлегирование и перемешиваниеглянцеваниеочистка и полировкаулучшение прочностных и триботехнических свойств металловповышение антикоррозионных свойствимплантация и отжигобработка поверхностей полимеровнанофазный порошковый синтез.

Приведем подобную информацию по облучению СЭП. Главную особенность этого воздействия определяют на порядки большие пробеги электронов, чем для ионов тех же энергий. Широкий диапазон варьирования их энергии от низкоэнергетических (десятки кэВ) до высокоэнергетических (несколько МэВ) позволяет изменять глубину области поглощения от десятых долей до нескольких миллиметров, что делает распределение энергии в мишени более равномерным и объемным. Это дает возможность создавать высокие плотности возбуждений ЭП в таких макрообъемах, при которых в твердых телах возникают новые эффекты. Важнейший из них — хрупкое разрушение, обнаруженное для всех классов твердых тел — полупроводников, металлов, ионных кристаллов, горных пород, неорганических стекол. Оно имеет не только интересную физическую природу, но и ряд важных применений в технологиях — проходки туннелей в горных массивах, очистки поверхностей твердых тел от твердых покрытий, экономичного (без плавления) дробления и резки твердых высокопрочных материалов. В принципе подобное разрушение можно получить и при облучении МИЛИ, однако, из-за малых пробегов ионов разрушение в области поглощения будет не хрупким, а сопровождаться пластическим течением материала, вызванным его плавлением/Поэтому удельные затраты энергии на дробление ед. объема или массы существенно выше, чем при электронном, что делает применение МИЛИ для этих целей малоэффективным.

При близких значениях флюенсов и интенсивностей МИЛИ и СЭП тепловые параметры их воздействия на металлы (величины пространственных температурных градиентов, скоростей нагрева и охлаждения) сравнимы между собой. Поэтому модификация их свойств V —. определяет некоторые общие направления их использования в одних и тех же технологиях, например, для упрочнения сталей и сплавов и улучшения их триботехнических свойств и др.

В докторских диссертациях А. Е. Лигачева и А. Д. Погребняка исследовались механические свойства поверхностей сталей при облучении МИЛИ, а в диссертациях В. А. Шулова и Г. Е. Ремнева модифицировались МИЛИ титановые сплавы лопаток авиационных двигателей. Модель массопереноса рассмотрена в докторской диссертации В. П. Кривобокова, а диссертации В. И. Бойко и А. П. Яловца посвящены вопросам прохождения МИЛИ и СЭП, плавления и формирования упругих и пластических волн в металлах. Имеющиеся экспериментальные данные по воздействию высокоинтенсивных электронных и ионных пучков на твердые тела не систематизированы и носят отрывочный характер. Природа и механизм возникающих явлений до сих пор окончательно не установлена. Поэтому очевидна мотивация в продолжении данных исследований.

Целью работы является комплексное исследование основных закономерностей и создание физических моделей радиационно-механических эффектов в твердых телах под воздействием МИЛИ и СЭП.

Работа выполнялась по программе фундаментальных исследований Министерства Науки Республики Казахстан (РК) «Процессы трансформации энергии электронного возбуждения в конденсированных средах» и теме ПФ-96 Академии Наук РК «Структурные исследования конструкционных материалов» .

Научная новизна работы:

1. Исследованы процессы формирования глубинных упрочненных слоев в металлах под воздействием МИПИ с использованием уникальных ядерно-физических методов: пучка медленных позитронов (2−30 кэВ) — измерения кривых углового распределения аннигиляционных фотонов (УРАФ) — исследования остаточных деформационных состояний методом ядер отдачиопределение твердости наноиндентором.

2. Изучено влияние радиационных превращений в а-?е на поверхностное и глубинное упрочнения в широком интервале интенсивностей облучения МИПИ (60- 2500 А/см2). Выполнен сравнительный анализ таких процессов при МИПИ и СЭП воздействиях.

3. Определено влияние на глубинное упрочнение металлов слаботочной ионной имплантации, мощного импульсного лазерного и МИЛИ облучений.

4. Разработана кинетическая модель процессов интенсивного дефектообра-зования в поле генерируемой МИЛИ ударной волны (УВ).

5. Обнаружены и исследованы модификации механических и коррозионных своств системы тонкая (0.1 мкм) пленка Та на подложке a-Fe после облучения низкоэнергетическим СЭП (НСЭП).

6. Исследованы процессы аккумуляции энергии в ионных кристаллах (ЙК) при облучении СЭП, выполнен расчет фазового плазменного перехода и параметров конденсированной фазы.

7. Впервые обнаружено и изучено влияние слабоинтенсивного предварительного облучения электронами, протонами и нейтронами на характер электронного разрушения ИК. Определено влияние дислокационной структуры и исходной механической прочности и пластичности кристаллов на пороги разрушения.

8. Разработана физическая и математическая модель разрушения ИК, включающая его статистическое моделирование и расчет энергетических и временных характеристик.

Научная ценность состоит в получении некоторых новых результатов фундаментальных исследований в физике твердого тела, связанных с процессами трансформации и аккумуляции энергии при сверхплотном возбуждении ЭП и ЯП под воздействием СЭП и МИПИ, а также в определении их влияния на формирование нелинейных радиационно-механических эффектов.

Практическая ценность работы. На основании выполненных системных экспериментальных и теоретических исследований, а также результатов лабораторных и промышленных испытаний решены некоторые задачи радиационного материаловедения по направленной радиационной модификации свойств материалов, включающие:

1. Разработку новых патентоохраняемых способов:

1.1. Способ обработки металлов МИПИ, основанный на их глубинном упрочнений, вызывающим значительное повышение их износостойкости. Например,.

— у резцов, фрез и сверел, изготовленных их стали Р6М5 она возрастала в 1.42.2 раза. Промышленные испытания обработанного инструмента, проведенные на АО «Востокмашзавод» (г. Усть-Каменогорск) подтвердили экономическую эффективность и перспективность использования этой ресурсосберегающей технологии.

1.2. Способ легирования сплавов посредством облучения МИЛИ основан на перераспределении различных элементов в любом твердом материале за счет избирательного воздействия генерируемой ударной волны. Его преимущества: 1) универсальность- 2) легирование можно проводить в заданном направлении и на определенных глубинах- 3) процесс требует малых временных затрат. Одно из возможных его применений — это производство специальных материалов для микросистем в микроэлектронике.

1.3. Способ рафинирования сплавов электронным облучением, основанный на термодиффузионном разделении различных элементов в поле созданного градиента температур при установленных оптимальных режимах облучения. Он применим для всех твердых элементов, процесс идет при низких температурах и высоком качестве рафинирования (99.9%).

1.4. Способ очистки поверхностей твердых тел от твердых покрытий при воздействий СЭП. Он основан на том, что разные материалы имеют различные пороги разрушения СЭП. При определенном выборе режимов облучения достигается разрушение только покрытия без нарушения целостности очищаемого материала. Его преимущества: 1) высокое качество очистки- 2) универсальность (применим для любых покрытий) — 3) очистка холодная (нагрев покрытия <200 °С) — 4) возможность ее проведения в труднодоступных местах и в вакууме- 5) высокий КПД процесса, так как энергия СЭП поставляется прямо в покрытие и малое время его проведения,.

2. Повышение механической прочности и коррозионной стойкости сталей и сплавов на основе железа при предварительном нанесении на их поверхности тонких тугоплавких металлических пленок и последующем облучении НСЭП. 3. Улучшение прочностных и-зриботехнических свойств металлов и сплавов посредством предварительной ионной имплантации их поверхности и последующим облучением МИЛИ.

4. Комплексное модифицирование поверхностей алюминиевых сплавов, работающих в металло-полимерных узлах трения при предварительной химической обработке и последующей ионной имплантации.

5. Оптимизацию режимов облучения СЭП в технологиях разрушения твердых материалов.

6. Определение абсолютной радиационной стойкости неорганических стекол в условиях облучения СЭП и ионных кристаллов при предварительном радиационном изменении их свойств.

7. Формулировку некоторых рекомендаций в использовании СЭП и МИЛИ для обработки твердых материалов.

Достоверность полученных результатов достигается:

• корректностью постановки решаемых задач и их физической обоснованностью;

•использованием современных ядерно-физических методов анализа, строгим обоснованием выбора оптимизируемых параметров и экспериментальных методик определения механических и триботехнических свойств;

•большим объемом экспериментальных данных и их статистической обеспеченностью;

•хорошим согласием расчетных и экспериментальных характеристик, сопоставлением и взаимопроверяемостью результатов, полученных разными методами, их сравнением с результатами других авторов, а также их соответствием современным представлениям физики твердого тела и радиационной физики.

Основные защищаемые положения:

1. Формирование глубинных упрочненных слоев в металлах и сплавах при воздействии МИЛИ является нелинейным механическим эффектом, который происходит при интенсивностях и флюенсах пучка, превышающих некоторые критические значения, зависящие отсвойств материала. Он обусловлен действием ударной волны, генерируемой облучением.

2. Кинетическая модель дефектообразования в поле ударной волны формирует основу нового метода расчета распределений микротвердости по глубине мишени при различных параметрах облучения МИЛИ.

3. Образование градиентных структурно-фазовых превращений в системах (тонкие металлические тугоплавкие пленки + подложка металлов, например, а-Ре) после облучения НСЭП вызывает их неравномерное упрочнение как на поверхности, так и по глубине модифицированнного слоя. Оно обусловлено изменением микротвердости в областях с различным содержанием компонент пленки и подложки, созданных в результате их неоднородного имульсного перемешивания. После облучения в установленном оптимальном режиме формируется упрочненный слой глубиной 10−15 мкм, существенно превышающий глубину перемешанного (0.1−0.5 мкм), с повышенным сопротивлением к хрупкому разрушению и увеличенной коррозионной стойкостью.

4. Экспериментально установленное влияние предварительного слабоинтенсивного однородного облучения ИК потоками электронов, протонов, быстрых и тепловых нейтронов на пороги и характер их хрупкого разрушения СЭП показывает: 1) инициирование разрушения определяется процессами в возбужденной ЭП кристаллов- 2) образование и распространение магистральной трещины в облученной СЭП области слабо зависит от исходной дислокационной структуры, механической прочности и пластичности кристаллов- 3) порог разрушения определяется, в основном, их теоретической прочностью- 4) движение трещины в необ-лученной области происходит как при механическом ударном нагружении.

5. Процесс разрушения ИК СЭП включает три стадии: 1) стадию аккумуляции поглощенной энергии при фазовом плазменном переходе 1-го рода с образованием электронно-дырочной конденсированной фазы (ЭДКФ) и инициированием процесса спонтанными тепловыми взрывами одной или нескольких капель френ-келевских пар дефектов (ФПД), возникающих из капель ЭДКФ- 2) стадию развития, включающую процесс индуцированных акустическими волнами взрывов каг:—.-пель, излучаемых ранее взорванными каплямиЗХстадию образования и распространения магистральной трещины (МТ) при слиянии микротрещин, образующихся при релаксации сдвиговых термонапряжений, порождаемых взорванными каплями. Статистическое моделирование процесса дает хорошее согласие расчетных и экспериментальных характеристик разрушения.

Личный вклад автора состоит в постановке задачи и выборе основных направлений исследований, планировании эксперимента, разработке его методик и проведении совместно с коллегами экспериментальных исследований, их анализа, теоретического описания, обсуждения и обобщения результатов, формулировки выводов.

Апробация работы. Результаты докладывались автором на международных конференциях: 1) Модификация Материалов Пучками Заряженных Частиц (ЕРМ-89, Дрезден, ГДР, 1989) — 2) Ионная Имплантации и Ионно-пучковое Оборудование (IIBE-90, Еленит, Болгария, 1990) — 3) Ионно-Пучковый Анализ (ГВА-10, Эйндховен, Голландия, 1991) — 4) IBA-11, Балатон, Венгрия, 1993) — 5) Ионно-Пучковая Модификация Материалов (ЮММ-10, Альбукерке, Нью-Мехико, США. 6) Радиационные Эффекты в Изоляторах (REI-9), Ноксвилл, Теннесси, США, 1997) — 7) Поверхностная Модификация Металлов Ионными Пучками (SMMIB-10, Гатлинбург, Теннесси, США, 1997) — 8) На семинаре Аэрокосмического Технологического Центра «Allied Signal» (г. Мористоун, Нью-Джерси, США, 1997) и на Всесоюзных конференциях: 9) «Радиационные эффекты в твердых телах (Ашхабад, 1977) — 10) «Физика и химия ионных кристаллов» (Рига, 1978) — 11) Ион-но-Лучевая Модификация Материалов (Каунас, 1989) — 12) 1-ой и IV-ой Конференциях «Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц» (г.Томск, 1988, 1996) — 13) Всесоюзной Школе по Импульсным Источникам для Термоядерного Синтеза (г. Ура-Тюбе, Таджикистан, 1984). Результаты были представлены и обсуждались на: 14) Международной Конференции по Ионной Имплантации в Полупроводниках и Других Материалах. (Люблин, Польша, 1988) — 15) Всесоюзной Конференции «Поверхность-96» (Черноголовка, 1989) — 16) Международной конференции по электронно-пучковым технологиям (ЕВТ-94,.

Варна, Болгария, Т594)-" 1У)'.

Американской Конференции с международным участием по трению и износу (Минск, 1992) — 19) 3-ей Международной Школе-Семинару «Эволюция дефектных структур в конденсированных средах» (Барнаул, 1996) — 20) Международная Конференция «Ядерная и Радиационная Физика» (Алматы-1997) — 21) Европейском Съезде Общества Исследования Материалов Е-МЯ5'97,.

Франция, Страсбург, 1997 и других.

Публикации. Содержание диссертации изложено в 63 работах, включая 24 опубликованных за рубежом и монографии. Получено 1 авторское свидетельство и 3 патента на изобретения.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на стр. машинописного текста, включая 67 рис., 9 таблиц и 166 библиографических ссылок.

Основные результаты и выводы.

1.Экспериментально показано, что в облученных МИЛИ металлах и сплавах процесс формирования глубинных упрочненных слоев является нелинейным эффектом и наблюдаются при интенсивностях и флюенсах облучения, превышающих некоторые критические значения, зависящие от свойств материалов. Наряду с увеличением микротвердости в приповерхностном слое на глубинах x~z, на порядки превышающих пробег ионов пучка (1−2 мкм) возникает второй ее пик Hz. Исследовано формирование таких слоев в металлах a-Fe, Be, Pb и стали Р6М5, имеющие различные механические и теплофизические характеристики. Установлено, что значения Н2и z определяются свойствами материала и параметрами облучения.

2.Выполнено исследование радиационных превращений на поверхности и по глубине модифицированного слоя в a-Fe в широком интервале интенсивностей ионного облучения 60−2500 А/см2. Установлена корреляция между пространственными двухмодальными распределениями средней скалярной плотности дислокаций и значениями микротвердости. Показана определяющая роль дислокационной структуры в эффекте глубинного упрочнения.

3.Экспериментально установлено наличие четырех деформационных слоев с различным характером остаточных деформационных состояний, соответствующих двухмодальному пространственному распределению микротвердости по глубине модифицированного слоя в облученных металлах: две области сжатия, где она повышена и две области растяжения с пониженными значениями микротвердости.

4.Исследование влияния различных видов радиации на глубинное упрочнение показало: а) оно происходит только при интенсивных импульсных радиационных воздействиях, способны генерировать ударные волныб) МИЛИ дает максимальный энерговклад в этот процесс по сравнению с мощным импульсным лазерным облучением и ионной имплантациейв) ионный пучок формирует более протяженные упрочненные слои на больших глубинах с повышенной величиной микротвердостиг) наличие таких слоев обеспечивает значительное (1.5−2.5 раза) увеличение износостойкости металлов и сплавов по глубине модифицированного слоя.

5. Установлено, что обнаруженные эффекты дальнодействия в металлах, облученных МИЛИ, такие как перераспределение легирующих элементов в сплавах и глубинное упрочнение, полностью определяются ударной волной. Этот результат подтверждается сравнительным анализом воздействия НСЭП и МИЛИ на «-Fe. Разработана кинетическая модель структурных превращений в поле УВ, согласно которой наиболее интенсивное дефектообразование происходит в области формирования ее фронта, где градиент давления максимален. Рассчитанные зависимости хорошо согласуются с экспериментальными данными при различных режимах облучения: величиной второго пика микротвердости Hz, глубиной его локализации zзависимостью Hz от интенсивности облучения j. Например, для стали Р6М5 Hz~f A3 (эксперимент) и Hz~f'э (расчет). Хорошее соответствие также получено для зависимостей Hz (z) при различных j.

6. Формирование градиентных структурно-фазовых превращений в системе тонкая пленка Та (0.1 мкм) на подложке a-Fe под воздействием НСЭП вызывает неравномерное упрочнение как на поверхности, так и по глубине модифицированного слоя. Показано, что оно обусловлено изменением микротвердости АН в областях с различным содержанием Та и Fe, получающихся в результате неоднородного импульсного перемешивания. После обработки в установленном оптимальном режиме с флюенсом 3.3 Дж/см2/имп. в темнопольных областях T? с преимущественным содержанием Fe увеличение ЛН~10 кГ/мм (относительно исходного). Наибольшее значение ЛН-210 кГ/мм2 наблюдалось для областей Т2 с примерно одинаковыми концентрациями Та и Fe, что соответствовало их максимальному перемешиванию НСЭП. Установлена корреляция АН и плотности дислокаций: nd максимальна -5-Ю10 см" 2 (исходная ~108 см" 2) в областях Т2. В результате формировался упрочненный слой глубиной 10−15 мкм (существенно превышающий глубину перемешанного 0.1−0.5 мкм) с повышенной в 2−2.5 раза микротвердостью и сопротивлением к хрупкому разрушению. Также возрастала коррозионная стойкость системы в водяном паре в 2 и 10 раз за время испытания 36 и 240 часов, соответственно.

7. Установлено, что предварительное однородное облучение ионных кристаллов слабоинтенсивными потоками электронов, протонов, быстрых и тепловых нейтронов увеличивает их средний порог разрушения СЭП примерно на 15%. Механизм образования магистральной трещины в облученной области слабо зависит от исходной структуры кристаллов (концентрации точечных дефектов и дислокаций) и начальных значений их механической прочности и пластичности. Процесс распространения трещины в необлученной СЭП области не зависит от механизма ее зарождения, а происходит как при механическом ударном нагружении. Порог разрушения определяется, в основном, теоретической прочностью. Возбужденная электронная подсистема кристаллов определяет инициирование процесса разрушения. Эти выводы согласуются и подтверждают предложенный механизм разрушения.

8. Необходимая для инициирования разрушения аккумуляция поглощенной энергии возможна при фазовом плазменном переходе первого рода в генерируемой неидеальной электронно-дырочной плазме с образованием электронно-дырочной конденсированной фазы (ЭДКФ). Показано, что этот нелинейный эффект происходит при интенсивностях и флюенсах СЭП, превышающих некоторые критические значения, определяемые параметрами пучка и свойствами материала. Определены параметры ЭДКФ: критическая температура фазового перехода.

— 1000 Кконцентрация капель ~1015 см~3- концентрация частиц в капле.

1022 см-3, плотность энергии в ней -103 Дж/см3, энергия капли -10 ~14 Дж, их радиус 0.01−0.1 мкм.

9. По предложенной физической модели показано, что процесс разрушения включает три стадии: 1) аккумуляцию энергии в ЭДКФ и инициирование процесса спонтанными тепловыми взрывами капель френкелевских пар дефектов, обра.

190 зующихся из капель ЭДКФ- 2) стадию развития — процесс индуцированных акустическими волнами взрывов капель ФПД, излучаемых ранее взорванными каплями- 3) стадию образования и развития МТ при слиянии микротрещин, возникающих при релаксации сдвиговых термонапряжений на границах пересечения тепловых расширяющихся областей, порождаемых взорванными каплями.

10.Разработана математическая модель разрушения. Установлено, что при определенной энергии и концентрации капель разрушение представляется случайным ветвящимся незатухающим немарковским процессом индуцированных «взрывов» капель. Его статистическое моделирование дает хорошее согласие расчетных и экспериментальных временных и энергетических характеристик. Определены некоторые микропараметры радиационной прочности ИК при воздействии СЭП. Получена связь параметров пучка, вероятности разрушения образцов и геометрии их облучения с характеристиками ЭДКФ.

Полученные результаты лежат в основе предложенных нами новых патен-тоохранных способов радиационной обработки твердых материалов.