O VOZDEYSTVII POTOKA IONOV GELIEVOY PLAZMY POVYShENNOY ENERGII NA NANOSTRUKTURU VOL'FRAMA

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Рассмотрены процессы образования плазмы из нановолокон вольфрама, содержащих пузыри гелия, под воздействием потока энергии и частиц из гелиевой плазмы в условиях повышенного до сотен вольт пристеночного потенциала, когда наблюдается спонтанное инициирование всплесков взрывной электронной эмиссии. Показано, что для развития моделей инициирования под внешним воздействием потока энергии и частиц требуется учет гетерофазной структуры нановолокон. Методом молекулярной динамики проведено атомистическое моделирование взаимодействия налетающего атома гелия повышенной энергии (100–500 эВ) с ансамблем атомов гелия в наноразмерном пузыре с твердотельной концентрацией газа (1029 м−3), удерживаемом в приповерхностном слое вольфрама. Получено время релаксации энергии в гетерофазной системе нанопузыря в вольфраме, составляющее единицы пикосекунд. Показано, что при энергии падающих частиц на уровне сотен электронвольт возможен перегрев приповерхностных нанопузырей, который приводит к их взрыву за времена порядка 10 пс. Такая энергия сопоставима с полной энергией частиц нанопузыря, и при таком пристеночном потенциале наблюдаются спонтанные инициирования всплесков взрывной электронной эмиссии.

About the authors

V. V. Kulagin

Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук; Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Email: v.kulagin@lebedev.ru
Москва, Россия; Москва, Россия

M. M. Tsventukh

Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук

Email: mmtsv@lebedev.ru
Москва, Россия

References

  1. S. Kajita, N. Yoshida, and N. Ohno, Nucl. Mater. Energy 25, 100828 (2020).
  2. J. Wright, Tungsten 4, 184 (2022).
  3. K. D. Hammond, Mater. Res. Express 4, 104002 (2017).
  4. S. Kajita, S. Takamura, and N. Ohno, Nucl. Fusion 49, 032002 (2009).
  5. S. A. Barengolts, G. A. Mesyats, and M. M. Tsventoukh, IEEE Trans. Plasma Sci. 39, 1900 (2011).
  6. D. Hwangbo, S. Kawaguchi, S. Kajita, and N. Ohno, Nucl. Mater. Energy 12, 386 (2017).
  7. S. Kajita, W. Sakaguchi, N. Ohno et al., Nucl. Fusion 49, 095005 (2009).
  8. Y. Martynenko and M. Nagel’, Plasma Phys. Rep. 38, 996 (2012).
  9. M. Baldwin and R. Doerner, Nucl. Fusion 48, 035001 (2008).
  10. S. Krasheninnikov, Phys. Scripta T 145, 014040 (2011).
  11. S. Kajita, N. Yoshida, R. Yoshihara et al., J. Nucl. Mater. 418, 152 (2011). 750
  12. M. Tokitani, S. Kajita, S. Masuzaki et al., Nucl. Fusion 51, 102001 (2011).
  13. S. Kajita, Y. Noiri, and N. Ohno, Phys. Scripta 90, 095604 (2015).
  14. R. Zhang, S. Kajita, D. Hwangbo et al., Nucl. Mater. Energy 31, 101178 (2022).
  15. G. A. Mesyats, J. Nucl. Mater. 618, 128 (1984).
  16. S. A. Barengolts, G. A. Mesyats, and M. M. Tsventoukh, Nucl. Fusion 50, 125004 (2010).
  17. M. M. Tsventoukh, Phys. Plasmas 30, 092511 (2023).
  18. A. Loarte, B. Lipschultz, A. S. Kukushkin et al., Nucl. Fusion 47, S203 (2007).
  19. V. S. Mikhailov, P. Yu. Babenko, A. P. Shergin et al., J. Exp. Theor. Phys. 137, 413 (2023).
  20. С. А. Баренгольц, Г. А. Месяц, М. М. Цвентух, ЖЭТФ 134, 1213 (2008) [S. A. Barengolts, G. A. Mesyats, and M. M. Tsventoukh, JETP 107, 1039 (2008)].
  21. K. H. Lin, S. L. Wang, C. Chen, and S. P. Ju, RSC Advances 4 (46), 24286 (2014).
  22. D. L. Shmelev and S. A. Barengolts, IEEE Trans. Plasma Sci. 41, 1959 (2013), https://doi.org/10.1109/TPS.2013.2245347.
  23. M. M. Tsventoukh, Phys. Plasmas 25, 053504 (2018), https://doi.org/10.1063/1.4999377.
  24. Yu. Gasparyan, V. Efimov, and K. Bystrov, Nucl. Fusion 56, 054002 (2016).
  25. M. M. Tsventoukh, Phys. Plasmas 28, 024501 (2021), https://doi.org/10.1063/5.0034814.
  26. M. M. Tsventoukh, J. Phys. D: Appl. Phys. 55, 355204 (2022), https://doi.org/10.1088/1361-6463/ac77c8.
  27. S. A. Barengolts, D. Hwangbo, S. Kajita et al., Nucl. Fusion 60, 044001 (2020), https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab73c3.
  28. D. Nishijima, M. Baldwin, R. Doerner, and J. Yu, J. Nucl. Mater. 415(1), S96 (2011), https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2010.12.017.
  29. D. Ruzic and S. Cohen, J. Chem. Phys. 83, 5527 (1985).
  30. N. R. Lewkow, V. Kharchenko, and P. Zhang, Astrophys. J. 756, 57 (2012).
  31. S. Kajita, N. Yoshida, R. Yoshihara et al., J. Nucl. Mater. 418, 152 (2011).
  32. K. Hammond, S. Blondel, L. Hu et al., Acta Mater. 144, 561 (2018).
  33. K. Hammond, D. Maroudas, and B. Wirth, Sci. Rep. 10, 2192 (2020).
  34. E. A. Lobashev, A. S. Antropov, and V. V. Stegailov, JETP 136, 174 (2023).
  35. A. Thompson, H. Aktulga, R. Berger et al., Comput. Phys. Commun. 271, 108171 (2022).
  36. S. J. Plimpton, Comput. Phys. 117, 1 (1995).
  37. M. Finnis and J. Sinclair, Philos. Mag. A 50, 45 (1984).
  38. M. Finnis and J. Sinclair, Philos. Mag. A 53, 161 (1986).
  39. G. Ackland and R. Thetford, Philos. Mag. A 56, 15 (1987).
  40. N. Juslin and B. Wirth, J. Nucl. Mater. 432, 61 (2013).
  41. D. Beck, Mol. Phys. 14, 311 (1968).
  42. D. Beck, Mol. Phys. 14, 332 (1968).
  43. K. Morishita, R. Sugano, B. Wirth, and T. Diaz de la Rubia, Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. Sect. B: Beam Interact. Mater. Atoms 202, 76 (2003).
  44. L. Hu, K. D. Hammond, B. D. Wirth, and D. Maroudas, Surf. Sci. 626, L21 (2014).
  45. S. Blondel, D. E. Bernholdt, K. D. Hammond, and B. D. Wirth, Nucl. Fusion 59, 029501 (2019).
  46. A. Weerasinghe, L. Hun, K. D. Hammond et al., J. Appl. Phys. 128, 165109 (2020).
  47. L. Pentecoste, P. Brault, A.-L. Thomann et al., J. Nucl. Mater. 470, 44 (2016).
  48. L. Pentecoste, A.-L. Thomann, P. Brault et al., Acta Mater. 141, 47 (2017).
  49. F. Ferroni, K. D. Hammond, and B. D. Wirth, J. Nucl. Mater. 458, 419 (2015).
  50. J. F. Ziegler, M. D. Ziegler, and J. P. Biersack, Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. Sect. B: Beam Interact. Mater. Atoms 268, 1818 (2010).
  51. S. Nos´e, J. Chem. Phys. 81, 511 (1984).
  52. W. Hoover, Phys. Rev. A 31, 1695 (1985).
  53. A. Stukowski, Model. Simul. Mater. Sci. Eng. 18, 015012 (2010).
  54. M. Matsumoto and T. Nishimura, ACM Trans. Model. Comput. Simul. 8, 3 (1998).
  55. M. Rosenblatt, Ann. Math. Stat. 27, 832 (1956).
  56. E. Parzen, Ann. Math. Stat. 33, 1065 (1962).
  57. W. Setyawan, D. Dasgupta, S. Blondel et al., Sci. Rep. 13, 9601 (2023), https://doi.org/10.1038/s41598-023-35803-3.
  58. Я. Б. Зельдович, Ю. П. Райзер, Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений, Физматгиз, Москва (1963), с. 91.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences