В 1967 г. группой российских физиков, Г.А.Месяцем, С.П.Бугаевым, А.М.Искольдским и Д.И.Проскуровским [1] было обнаружено явление взрывной электронной эмиссии. Из формирующейся в результате взрывной эмиссии плотной плазмы при соответствующей полярности напряжения могут быть получены мощные пучки, как ионов, так и электронов. В дальнейшем были разработаны различные типы плазменных источников с высокой плотностью тока электронов и ионов [2].
Использование методов электронно- и ионно-лучевой обработки материалов позволяет формировать поверхностные свойства практически независимо от состояния объема. Последнее приобретает особую актуальность, когда речь идет о работе твердых тел в контакте с другими средами, например: твердое-твердое, твердое-жидкость, твердое-газ, твердое-плазма (или потоки излучений). Физика воздействия пучков заряженных частиц на твердые тела принципиально отличается от всех известных ранее физических процессов.
Современная ускорительная техника позволяет генерировать как непрерывные пучки электронов и ионов, так и пучки, представляющие собой однократные либо периодически повторяющиеся с частотой f импульсы тока ускоренных частиц длительностью t. Значения энергии Е частиц, плотности тока j и длительности импульса t могут изменяться на несколько порядков величины в зависимости от типа и режима работы ускорителя. В связи с этим характер воздействия пучков заряженных частиц на вещество может быть совершенно различным. Так, при t < 10-7 с существенную роль в формировании свойств облучаемых материалов играют термоупругие волны (возникающие за счет быстрого нагрева и термического расширения поверхностного слоя вещества при облучении пучками частиц с высокой импульсной плотностью тока). При высоких плотностях тока ионов и электронов, порядка нескольких сотен А/см2, достижимых в условиях импульсного облучения, тонкий поверхностный слой облучаемого материала может "мгновенно" испаряться, что в случае ионно-лучевой обработки приводит к отсутствию эффекта легирования. При этом возникающие на поверхности, вследствие взрывного испарения вещества, ударные волны оказывают существенное влияние на строение и свойства облучаемого материала.
Настоящее учебное пособие ставит своей целью дать представление о физических процессах, имеющих место, главным образом, в зоне пробега внедряемых в вещество ионов (а также в ее ближайшей окрестности). Эти процессы в целом хорошо изучены. Имеется достаточно большое количество базирующихся на них практических приложений, ряд из которых будет нами рассмотрен.
Тем не менее, далеко не все явления, связанные с воздействием ионных пучков на материалы, удается объяснить указанными процессами. Многочисленные экспериментальные данные показывают, что размеры модифицированной зоны (т.е. зоны с измененными свойствами) зачастую в тысячи и даже в десятки тысяч раз превосходят глубину проникновения ионов в вещество. Об этом свидетельствуют результаты измерения микротвердости по глубине облученных ионами материалов, данные об износе деталей машин после их ионно-лучевой обработки и некоторые другие.
В работах, проводимых лабораторией пучковых воздействий Института электрофизики УрО РАН, обнаружены эффекты перестройки кристаллической решетки металлических сплавов при ионной бомбардировке на глубине, в 103-104 раз превышающей глубину проникновения ионов. Превращения наблюдаются в отсутствие сколько-нибудь существенного нагрева облучаемых материалов.
Природа "эффектов дальнодействия", проявляющихся в изменении структуры и свойств материалов на глубине, многократно превышающей пробеги ускоренных ионов, рассмотрена в обзорах [3-6]. Часть этих данных представлена в разделе 4 настоящего пособия
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.