Helium release from 12Cr18Ni10Ti stainless steel after impact of steady-state glow discharge helium plasma

The thermal desorption experiments were carried out to study the process of helium outgassing from the stainless steel 12Cr18Ni10Ti after exposure to a steady state glow discharge (GD) plasma in He atmosphere. The currentvoltage characteristics in different plasma regimes have been measured and estimation of He ions energy has been made. Measurements of He release from the stainless steel probes showed the saturation of probe surface with He after the fluencies of ~ 4⋅10¹⁹ ion/cm². The value of He outgassing strongly depends on the regime of GD plasma: pressure of work gas, discharge voltage, etc. Several maximums, including the maximum at the temperature of 100…150 °C, were registered in the He desorption curves that indicated different He atom states on the surface and in the nearest surface bulk. Physical mechanisms of such He outgassing are discussed.Проведені термодесорбційні експерименти по вивченню процесу виділення гелію з нержавіючої сталі 12Х18Н10Т після дії плазми стаціонарного тліючого розряду в атмосфері He. Зміряні вольт-амперні характеристики в різних режимах плазми, і проведена оцінка енергії іонів He. Вимірювання газовиділення He з нержавіючої сталі методом імпульсної термодесорбції показали, що спостерігається насичення поверхні зонда гелієм при дозах ~ 4⋅10¹⁹ іон/см². Величина швидкості десорбції He сильно залежить від режиму плазми: тиску робочого газу, напрузі розряду і т.д. На кривих десорбції He зареєстровано кілько максимумів, включаючи максимум при 100…150 °C, що вказує на різні стани перебування атомів He на поверхні і в приповерхневому об'ємі. Обговорюються фізичні механізми такої поведінки газовиділення He.Проведены термодесорбционные эксперименты по изучению процесса выделения гелия из нержавеющей стали 12Х18Н10Т после воздействия плазмы стационарного тлеющего разряда в атмосфере He. Измерены вольт-амперные характеристики в различных режимах, и произведена оценка энергии ионов He. Измерения выхода He из нержавеющей стали методом импульсной термодесорбции показали, что наблюдается насыщение поверхности зонда гелием при дозах ~ 4⋅10¹⁹ ион/см². Величина газовыделения He сильно зависит от режима плазмы: давления рабочего газа, напряжения разряда и т.д. На кривых десорбции He зарегистрирован ряд максимумов, включая максимум при температуре 100…150 °C, указывающих на различные состояния атомов He на поверхности и в приповерхностном объеме. Обсуждаются физические механизмы такого характера газовыделения He

Vacuum-plasma properties of stainless steel after impact of combined glow-microwave discharges in argon atmosphere

The experiments were carried out to determine the vacuum-plasma characteristics (mainly erosion and outgassing rate in a vacuum) of the stainless steel 12X18H10T before and after processing the walls of the vacuum chamber with the glow discharge and combined, glow-microwave plasma discharges in argon atmosphere. The current-voltage characteristics, the electron density and electron temperature were measured. It was observed that the discharge voltage in the combined regime is significantly lower than in glow discharges. In some modes, this voltage decrease can be up to 200 V. It was shown that erosion of stainless steel 12X18H10T in the combined discharges is ≈ 70 %, less than in the glow discharges. Measurements were made of the outgassing rate of 12X18H10T stainless steel with the thermal desorption probe in situ in the DSM-1 vacuum chamber. It was shown that cleaning the chamber wall by the glow discharge during 5 h leads to a decrease in the outgassing rate from 5.5·10⁻⁵ to 1·10⁻⁵ (Torr.l)/(s.cm²). When the chamber wall is treated with GM discharge starting from nearly the same initial conditions the outgassing rate decreased to 3·10⁻⁶ (Torr.l)/(s.cm²). Spectral measurements of the plasma radiation of a glow and combined discharges show a decrease in the ratio of the peaks of argon ions and neutrals during the transition from a glow discharge to a combined one.Проведені експерименти з визначення вакуумно-плазмових характеристик (ерозія, газовиділення у вакуумі) нержавіючої сталі 12Х18Н10Т до і після обробки стінок вакуумної камери плазмою тліючого і комбінованого (тліючий розряд з введенням НВЧ-потужності) розрядів в аргоні. Вимірювались вольтамперні характеристики, електронна густина, потенціал плазми. Показано, що напруга розряду в комбінованому режимі істотно нижча, ніж у тліючому. У деяких режимах це зниження може бути до 200 В. Показано, що ерозія нержавіючої сталі 12Х18Н10Т у комбінованому розряді приблизно на 70 % менша, ніж у тліючому. Проведені вимірювання швидкості газовиділення нержавіючої сталі 12Х18Н10Т in situ у вакуумній камері ДСМ-1. Показано, що чищення стінки камери тліючим розрядом протягом 5 годин призводить до зниження швидкості газовиділення з 5,5·10⁻⁵ до 1·10⁻⁵ (Торр·л)/(с·см²). А при обробці стінки камери комбінованим розрядом за цей же час швидкість газовиділення зменшується до 3·10⁻⁶ (Торр·л)/(с·см²). Проведені спектральні вимірювання випромінювання плазми тліючого і комбінованого розрядів. Аналіз спектрів показує зменшення співвідношення інтенсивностей піків іонів аргону і нейтралів при переході від тліючого розряду до комбінованого.Проведены эксперименты по определению вакуумно-плазменных характеристик (эрозия, газовыделение в вакууме) нержавеющей стали 12Х18Н10Т до и после обработки стенок вакуумной камеры плазмой тлеющего и комбинированного (тлеющий разряд с введением СВЧ-мощности) разрядов в аргоне. Измерены вольт-амперные характеристики, электронная плотность, потенциал плазмы. Показано, что напряжение разряда в комбинированном режиме существенно ниже, чем в тлеющем. В некоторых режимах это снижение может быть до 200 В. Показано, что эрозия нержавеющей стали 12Х18Н10Т в комбинированном разряде на ≈ 70 % меньше, чем в тлеющем. Проведены измерения скорости газовыделения нержавеющей стали 12Х18Н10Т in situ в вакуумной камере ДСМ-1. Показано, что чистка стенки камеры тлеющим разрядом в течение 5ч приводит к снижению скорости газовыделения примерно в пять раз ‒ с 5,5·10⁻⁵ до 1·10⁻⁵ (Торр·л)/(с·см²). А при обработке стенки камеры комбинированным разрядом за это же время скорость газовыделения снижается до 3·10⁻⁶ (Торр.л)/(с.см²). Проведены спектральные измерения излучения плазмы тлеющего и комбинированного разрядов. Анализ спектров показывает уменьшение соотношения интенсивностей пиков ионов аргона и нейтралов при переходе от тлеющего разряда к комбинированному

Influence of porosity on erosion behavior and hydrogen permeability of tungsten films

The erosion characteristics of dense and porous W-films deposited on Pd substrates were measured under impact of mirror Penning discharge nitrogen plasma. It is shown that the erosion rate of high porous tungsten films (up to 45% porosity) is similar to that for dense (1 – 3% porosity) tungsten films. At the same time hydrogen permeation through porous tungsten films essentially higher than for dense W coatings and in some cases it approaches to values as for bare Pd. The activation energies of hydrogen permeability measured for two-layer Pd-W systems with high porosity are higher than for dense W-films on Pd (15.44 kJ/mol and 12.8 kJ/mol, accordingly), but these values much lower than the ones for bulk W under gas-driven permeation experiments. The possible reasons of such erosion and permeation behavior are discussed.Зміряні ерозійні характеристики щільних і пористих плівок вольфраму на паладії при дії азотної плазми відбивних розрядів Пеннінга. Показано, що швидкість ерозії високопористих плівок вольфраму (пористість близько 45%) практично не відрізняється від такої для щільних плівок W (пористість 1 – 3%). У теж час проникнення водню крізь високопористі плівки вольфраму багато вище, ніж крізь щільні покриття W і в деяких випадках величини проникності можуть бути близькі до такої для Pd без покриття. Енергії активації водневої проникності зміряні для двошарових систем Pd-W з високою пористістю W вище, ніж для щільних W-плівок на Pd (15,44 кДж/моль і 12,8 кДж/моль, відповідно), але в обох випадках ці величини багато нижче, ніж для масивного W в умовах пронuкновения з молекулярної фази. Обговорюються можливі причини такої поведінки ерозії і водневої проникності.Измерены эрозионные характеристики плотных и пористых пленок вольфрама на палладии при воздействии азотной плазмы отражательных разрядов Пеннинга. Показано, что скорость эрозии высокопористых пленок вольфрама (пористость около 45%) практически не отличается от таковой для плотных W пленок (пористость 1 – 3%). В тоже время проникновение водорода через высокопористые пленки вольфрама много выше, чем через плотные W покрытия и в некоторых случаях величины проницаемости могут быть близки к таковой для Pd без покрытия. Энергии активации водородопроницаемости измереннные для двухслойных Pd-W систем с высокой пористостью W выше, чем для плотных W-пленок на Pd (15,44 кДж/моль и 12,8 кДж/моль, соответственно), но в обоих случаях эти величины много ниже, чем для массивного W в условиях проникновения из молекулярной фазы. Обсуждаются возможные причины такого поведения эрозии и водородопроницаемости

Erosion behavior of materials on basis of tungsten hot pressed in vacuum under mirror Penning discharge plasma impact

The erosion behavior of porous W, W-Ni and W-Cu systems produced by hot pressing in vacuum was examined under exposure to plasmas of mirror Penning discharges in argon, nitrogen, helium and hydrogen. The erosion characteristic behavior in dependence on ion energy and mass is analyzed and discussed.Досліджувалася ерозійна поведінка пористих W, і W-Ni, W-Cu систем, виготовлених гарячим пресуванням у вакуумі при дії стаціонарної плазми відбивних розрядів Пеннінга в аргоні, азоті, гелії і водні. Аналізується і обговорюється поведінка ерозійних характеристик залежно від енергії іонів та їх маси.Исследовалось эрозионное поведение пористых W, и W-Ni, W-Cu систем, изготовленных горячим прессованием в вакууме при воздействии стационарной плазмы отражательных разрядов Пеннинга в аргоне, азоте, гелии и водороде. Анализируется и обсуждается поведение эрозионных характеристик в зависимости от энергии ионов и их массы

The check of QCD based on the tau-decay data analysis in the complex q^2-plane

The thorough analysis of the ALEPH data on hadronic tau-decay is performed in the framework of QCD. The perturbative calculations are performed in 3 and 4-loop approximations. The terms of the operator product expansion (OPE) are accounted up to dimension D=8. The value of the QCD coupling constant alpha_s(m_tau^2)=0.355 pm 0.025 was found from hadronic branching ratio R_tau. The V+A and V spectral function are analyzed using analytical properties of polarization operators in the whole complex q^2-plane. Borel sum rules in the complex q^2 plane along the rays, starting from the origin, are used. It was demonstrated that QCD with OPE terms is in agreement with the data for the coupling constant close to the lower error edge alpha_s(m_tau^2)=0.330. The restriction on the value of the gluonic condensate was found =0.006 pm 0.012 GeV^2. The analytical perturbative QCD was compared with the data. It is demonstrated to be in strong contradiction with experiment. The restrictions on the renormalon contribution were found. The instanton contributions to the polarization operator are analyzed in various sum rules. In Borel transformation they appear to be small, but not in spectral moments sum rules.Comment: 24 pages; 1 latex + 13 figure files. V2: misprints are corrected, uncertainty in alpha_s is explained in more transparent way, acknowledgement is adde

The absence of QCD β\beta-function factorization property of the generalized Crewther relation in the 't Hooft MSˉ\bar{MS}-based scheme

We apply the 't Hooft $\bar{MS}$-based scheme to study the scheme-dependence of the QCD generalization of Crewther relation for the product of the normalised non-singlet perturbative contributions to the $e^+e^-$-annihilation Adler function and to the Bjorken sum rule of the polarized lepton-nucleon deep-inelastic scattering process. We prove that after the transformations from the pure $\bar{MS}$-scheme to the 't Hooft scheme the characteristic $\bar{MS}$-scheme theoretical property of this relation, namely the factorization of the $\beta$-function in its conformal symmetry breaking part, disappears. Another "non-comfortable" theoretical consequence of the application of this prescription in $\mathcal{N}=1$ SUSY QED model is mentioned. It is shown, that within the 't Hooft scheme the expansions of Green functions in terms of the Lambert function is simplified in high orders of perturbation theory. This may be considered as the attractive feature of the 't Hooft scheme, which manifest itself in high-order perturbative phenomenological applications.Comment: LateX, 10 pages, Title a bit modified, comments on the conservation of vector current in the 't Hooft scheme added, 1 extra reference added, accepted for publication in Phys. Lett.

Nuclear effects in the Drell-Yan process at very high energies

We study Drell-Yan (DY) dilepton production in proton(deuterium)-nucleus and in nucleus-nucleus collisions within the light-cone color dipole formalism. This approach is especially suitable for predicting nuclear effects in the DY cross section for heavy ion collisions, as it provides the impact parameter dependence of nuclear shadowing and transverse momentum broadening, quantities that are not available from the standard parton model. For p(D)+A collisions we calculate nuclear shadowing and investigate nuclear modification of the DY transverse momentum distribution at RHIC and LHC for kinematics corresponding to coherence length much longer than the nuclear size. Calculations are performed separately for transversely and longitudinally polarized DY photons, and predictions are presented for the dilepton angular distribution. Furthermore, we calculate nuclear broadening of the mean transverse momentum squared of DY dileptons as function of the nuclear mass number and energy. We also predict nuclear effects for the cross section of the DY process in heavy ion collisions. We found a substantial nuclear shadowing for valence quarks, stronger than for the sea.Comment: 46 pages, 18 figures, title changed and some discussion added, accepted for publication in PR

Nonperturbative Effects in Gluon Radiation and Photoproduction of Quark Pairs

We introduce a nonperturbative interaction for light-cone fluctuations containing quarks and gluons. The $\bar qq$ interaction squeezes the transverse size of these fluctuations in the photon and one does not need to simulate this effect via effective quark masses. The strength of this interaction is fixed by data. Data on diffractive dissociation of hadrons and photons show that the nonperturbative interaction of gluons is much stronger. We fix the parameters for the nonperturbative quark-gluon interaction by data for diffractive dissociation to large masses (triple-Pomeron regime). This allows us to predict nuclear shadowing for gluons which turns out to be not as strong as perturbative QCD predicts. We expect a delayed onset of gluon shadowing at $x \leq 10^{-2}$ shadowing of quarks. Gluon shadowing turns out to be nearly scale invariant up to virtualities $Q^2\sim 4 GeV^2$ due to presence of a semihard scale characterizing the strong nonperturbative interaction of gluons. We use the same concept to improve our description of gluon bremsstrahlung which is related to the distribution function for a quark-gluon fluctuation and the interaction cross section of a $\bar qqG$ fluctuation with a nucleon. We expect the nonperturbative interaction to suppress dramatically the gluon radiation at small transverse momenta compared to perturbative calculations.Comment: 58 pages of Latex including 11 figures. Shadowing for soft gluons and Fig. 6 are added as well as a few reference

Next-to-next-to-leading order prediction for the photon-to-pion transition form factor

We evaluate the next-to-next-to-leading order corrections to the hard-scattering amplitude of the photon-to-pion transition form factor. Our approach is based on the predictive power of the conformal operator product expansion, which is valid for a vanishing $\beta$-function in the so-called conformal scheme. The Wilson--coefficients appearing in the non-forward kinematics are then entirely determined from those of the polarized deep-inelastic scattering known to next-to-next-to-leading accuracy. We propose different schemes to include explicitly also the conformal symmetry breaking term proportional to the $\beta$-function, and discuss numerical predictions calculated in different kinematical regions. It is demonstrated that the photon-to-pion transition form factor can provide a fundamental testing ground for our QCD understanding of exclusive reactions.Comment: 62 pages LaTeX, 2 figures, 9 tables; typos corrected, some references added, to appear in Phys. Rev.

Calculations of binding energies and masses of heavy quarkonia using renormalon cancellation

We use various methods of Borel integration to calculate the binding ground energies and masses of b-bbar and t-tbar quarkonia. The methods take into account the leading infrared renormalon structure of the hard+soft part of the binding energies E(s), and of the corresponding quark pole masses m_q, where the contributions of these singularities in M(s) = 2 m_q + E(s) cancel. Beforehand, we carry out the separation of the binding energy into its hard+soft and ultrasoft parts. The resummation formalisms are applied to expansions of m_q and E(s) in terms of quantities which do not involve renormalon ambiguity, such as MSbar quark mass, and alpha_s. The renormalization scales are different in calculations of m_q, E(s) and E(us). The MSbar mass of b quark is extracted, and the binding energies of t-tbar and the peak (resonance) energies for (t+tbar) production are obtained.Comment: 23 pages, 8 double figures, revtex4; the version to appear in Phys.Rev.D; extended discussion between Eqs.(25) and (26); the paragraph between Eqs.(32) and (33) is new and explains the numerical dependence of the residue parameter on the factorization scale; several new references were added; acknowledgments were modified; the numerical results are unchange