Модифицирование поверхности, в том числе пучками заряженных частиц, потоками фотонов и плазмы
ВВЕДЕНИЕВ настоящее время мощные импульсные пуч-ки (МИП) заряженных частиц с начальной энер-гией Е 0 = 10 ÷ 1000 кэВ и плотностью мощности Р = 10 6 ÷ 10 9 Вт/см 2 активно используются для мо-дифицирования поверхности твердого тела. При этом способность МИП удалять вещество с об-лучаемой поверхности, т. е. вызывать ее эрозию, представляет большой интерес для исследовате-лей и создателей различных технологий обработ-ки материалов [1][2][3][4][5].Многочисленные экспериментальные иссле-дования показывают, что природа эрозии по-верхности под действием МИП ионов и электро-нов связана с сильным радиационным разогре-вом, вызываемым тормозящимися частицами, что приводит к испарению поверхности мише-ни [1][2][3]. Установлено, что интенсивность эро-зии, индикатором которой является коэффици-ент эрозии (т. е. количество атомов, удаленных с поверхности твердого тела, отнесенное к ко-личеству частиц пучка), на несколько порядков выше интенсивности столкновительного распы-ления поверхности твердого тела при непрерыв-ном облучении умеренными по плотности тока (J < 0,1 А/см 2 ) ионными пучками с аналогичны-ми значениями Е 0 [6][7][8][9]. Причем скорость эмис-сии атомов с облучаемой поверхности мишени нелинейно растет с увеличением плотности тока, так как скорость испарения имеет практически экспоненциальную зависимость от температуры поверхности [6].Импульсный характер облучения позволяет существенно уменьшить сток энергии за счет те-плопроводности из области торможения частиц в веществе по сравнению с пучками непрерыв-ного действия. Поэтому доля энергии пучка, за-трачиваемая на испарение атомов с облучаемой поверхности, т. е. энерго эффективность эрозии, должна быть существенно выше. Это обстоя-тельство является одним из преимуществ МИП заряженных частиц в ряде технологических при-менений.Для эффективного использования подобных пучков в научных исследованиях и технологиях необходимо выявить зависимость свойств эро-зии, в частности интенсивности и энергоэффек-тивности удаления атомов с поверхности, от па- Исследованы зависимости коэффициентов эрозии поверхности металлов от параметров мощных импульсных пучков заряженных частиц с использованием математического моделирования процессов диссипации их энергии в твердом теле. Построен баланс энергии на по-верхности мишени для пучков с начальной энергией частиц от 10 до 1000 кэВ и плотностью мощности до 10 10 Вт/см 2 . Изучена энергоэф-фективность удаления атомов с поверхности металлов в зависимости от вида частиц пучка, их начальной энергии, плотности мощности и длительности импульса тока. Ключевые слова: мощные импульсные пучки ионов и электронов, эрозия поверхности, испарение, математическое моделирование.The dependences of metal surface erosion factors on the parameters of powerful impulse charged particle beams has been investigated with the use of mathematical simulation of dissipation processes of their energy in solid body. The energy balance over the target surface for beams with initi...