Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия:

И. И. Чернов, профессор отделения ядерной физики и технологий офиса образовательных программ, докт. физ.-мат. наук, эл. почта: i_chernov@mail.ru
М. С. Стальцов, доцент отделения ядерной физики и технологий офиса образовательных программ, канд. физ.-мат. наук, эл. почта: m.staltsov@gmail.com

Представлена третья часть обзора об изучении влияния легирующих элементов на поведение гелия, водорода, особенности развития газовой пористости, количество удерживаемого водорода в сплавах ванадия с Ti, Cr, W и Ta. Приведены результаты исследования микроструктуры вдоль пробега внедренных ионов гелия. При изучении образцов использовали метод просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Обнаружены три слоя с разным характером развития гелиевой пористости по глубине облученной мишени. Установлено, что при последовательном облучении ионами гелия и водорода поры/пузырьки максимального размера развиваются на расстояниях от поверхности, превышающих глубину расчетного максимума распределения внедренных ионов гелия. То есть дополнительное облучение ионами Н⁺ образцов, предварительно имплантированных ионами Не⁺, сдвигает область формирования крупной пористости вглубь образца. Проведены сравнительные исследования и расчет параметров газовой пористости образцов, изготовленных в установке струйного электролитического утонения (ЭУ) с необлученной стороны (прибор TenuPol-5) и вырезанием их перпендикулярно облученной поверхности фокусированным ионным пучком (ФИП). Показано, что при использовании ЭУ теряется вся информация глубже 100 нм, а при использовании ФИП обнаружена пористость на глубинах, почти в 3 раза больших, чем максимальный расчетный пробег ионов Не⁺ с энергией 40 кэВ в ванадии. Отмечено, что основным преимуществом метода ФИП является возможность изучать распределение пузырьков, пор, радиационных дефектов и других объектов по глубине облучаемого слоя, что позволяет более полно описать закономерности развития микроструктуры в имитационных экспериментах с использованием ионного облучения. К недостаткам этого способа стоит отнести дороговизну и длительность процесса получения образца для ПЭМ.

*Окончание. Начало см. «Цветные металлы». 2022. № 12. С. 65–72 и «Цветные металлы». 2023. № 5. С. 56–64.

1. Чернов И. И., Стальцов М. С. Поведение гелия и водорода в сплавах ванадия — перспективных конструкционных материалах первой стенки термоядерных реакторов: обзор. Часть 1. Сплавы систем V – Ti и V – Fe // Цветные металлы. 2022. № 12. С. 65–72.
2. Стальцов М. С., Чернов И. И., Калин Б. А. и др. Газовая пористость вдоль пробега ионов в ванадии и его сплавах при последовательном облучении ионами гелия и водорода // Докл. XXVIII Междунар. конф. «Радиационная физика твердого тела», г. Севастополь, 09–14 июля 2018 г. — М. : Из-во ФГБНУ «НИИ ПМТ», 2018. С. 40–49.
3. Калин Б. А., Стальцов М. С., Чернов И. И. Особенности формирования газовой пористости по глубине образцов ванадиевых сплавов малоактивируемых композиций при ионной имплантации гелия и водорода // Науч. Труды XXII конф. «Взаимодействие плазмы с поверхностью», Москва, НИЯУ МИФИ, 23–24 января 2019 г. С. 67–68.

4. Стальцов М. С., Чернов И. И., Калин Б. А. и др. Особенности развития газовой пористости вдоль пробега ионов в ванадиевых сплавах при последовательном облучении ионами гелия и водорода // Металлы. 2019. № 6. С. 14–20.
5. Чернов И. И., Стальцов М. С., Калин Б. А. и др. Особенности формирования гелиевой пористости в поверхностном слое конструкционных материалов первой стенки ТЯР // Металлы. 2016. № 2. С. 29–34.
6. Бондаренко Г. Г. Радиационная физика, структура и прочность твердых тел. — М. : Лаборатория знаний, 2016. — 462 с.
7. Тетельбаум Д. И., Баянкин В. Я. Эффект дальнодействия // Природа. 2005. № 4. С. 9–17.
8. Стальцов М. С., Чернов И. И. Поведение гелия и водорода в сплавах ванадия — перспективных конструкционных материалах первой стенки термоядерных реакторов: обзор. Часть 2. Сплавы ванадия с хромом, вольфрамом, танталом // Цветные металлы. 2023. № 5. С. 56–64.
9. Неустроев В. С., Макаров Е. И., Белозеров С. В. и др. Влияние растягивающих и сжимающих напряжений на радиационное распухание и деформацию ползучести аустенитной стали Х18Н10Т // Физика металлов и металловедение. 2010. Т. 110, № 4. С. 412–416.
10. Кинев Е. А., Панченко В. Л. Распухание улучшенной стали Х16Н15М2ГТФР при скорости набора дозы от 1·10^–8 до 1,7·10^–6 сна/с // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2017. № 1. С. 63–72.
11. Портных И. А., Козлов А. В. Методология количественного анализа радиационной пористости в металлах // ВАНТ. Сер. Материаловедение и новые материалы. 2002. Вып. 1. № 59. С. 41–54.
12. Utke I., Hoffmann P., Melngailis J. Gas-assisted focused electron beam and ion beam processing // J. of Vacuum Science and Technology. Ser. B. 2008. P. 1197–1276.
13. Волков Р. Л., Боргардт Н. И., Кукин В. Н. и др. Применение фокусированного ионного пучка для приготовления образцов для электронно-микроскопических исследований поверхностных наноструктур // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2011. № 9. С. 94–99.
14. Стальцов М. С., Чернов И. И., Коршунов С. Н., Лагов П. Б. Сравнение результатов исследования параметров гелиевой пористости в сплавах ванадия при подготовке образцов для ПЭМ разными методами // Металлы. 2020. № 2. С. 51–57.
15. Staltsov М. S., Chernov I. I., Kalin B. A. et al. Peculiarities of helium bubble formation and helium behavior in vanadium alloys of different chemical composition // J. of Nuclear Materials. 2015. Vol. 461. P. 56–60.
16. Stal’tsov M. S., Chernov I. I., Aung Kyaw Zaw et al. Gas porosity formation in the vanadium alloys V – W, V – Ta, V – Zr during helium-ion irradiation at 650 ^oC // Atomic Energy. 2014. Vol. 116, No. 1. Р. 35–41.
17. Апарина Н. П., Гусева М. И., Колбасов Б. Н. и др. Некоторые аспекты эффекта дальнодействия // ВАНТ. Термоядерный синтез. 2007. Вып. 3. С. 18–27.