Erosion features of tungsten surfaces under combined steady-state and transient plasma loads

The paper presents the experimental research on damage of the tungsten surfaces under combined plasma exposures. Steady-state hydrogen exposures (particle flux of 2×10²² m⁻²s⁻¹ , heat flux of 1.7 MW/m² , fluence of 1026 m⁻² , average ion energy of 2 keV) were provided by FALCON ion source. The pulsed plasma loads below the tungsten melting threshold (hydrogen plasma streams with surface heat load of 0.45 MJ/m² and the pulse duration of 0.25 ms) were performed by means of QSPA Kh-50 device. The behavior of structure, sub- structure and stress-state of tungsten samples have been studied after each cycle of pulsed and steady-state plasma loads.Представлено экспериментальное исследование повреждения вольфрамовых поверхностей, подверженных комбинированному плазменному воздействию. Стационарные водородные ионные потоки (поток частиц 2×10²² м⁻² с⁻¹ , тепловой поток 1,7 МВт м⁻² , флюенс 1026 ·м⁻² , средняя энергия ионов 2 кэВ) получены с помощью источника ионов FALCON. Импульсные плазменные нагрузки ниже порога плавления вольфрама (потоки водородной плазмы с удельной энергией 0,45 МДж·м⁻² и длительностью импульса 0,25 мс) создавались на КСПУ Х-50. Изучено изменение структуры, субструктуры и напряженно- деформированного состояния вольфрамовых образцов под влиянием многоцикличных плазменных нагрузок.Представлено експериментальне дослідження пошкодження вольфрамових поверхонь під дією комбінованого плазмовому впливу. Стаціонарні водневі іонні потоки (потік частинок 2×10²² м⁻² с⁻¹, тепловий потік 1,7 МВт·м⁻² , флюенс 1026 м⁻² , середня енергія іонів 2 кеВ) отримані за допомогою джерела іонів FALCON. Імпульсні плазмові навантаження нижче порога плавлення вольфраму (потоки водневої плазми з питомою енергією 0,45 МДж·м⁻² і тривалістю імпульсу 0,25 мс) створювалися на КСПП Х-50. Вивчено зміну структури, субструктури і напружено-деформованого стану вольфрамових зразків під впливом багатоциклічних плазмових навантажень

Alloying and modification of stainless steels by powerful plasma streams

The stainless steel surfaces coated of tungsten have been alloyed and modified with powerful QSPA Kh-50 plasma streams. The plasma streams exposures result in modification of steel-based materials and formation of resolidified layers. The changes of substrate texture were also registered. Phase characterized by body-centered cubic lattice appeared due to recrystallization of affected material. Thus, the favorable conditions were created for penetration of tungsten into the stainless steel bulk. Growth of lattice parameter was observed as result of plasma irradiation of coated samples. It's indication of tungsten penetration into the depth of substrates.Поверхности из нержавеющей стали с покрытием из вольфрама были легированы и модифицированы мощными плазменными потоками в КСПУ Х-50. Облучение потоком плазмы приводит к модификации материалов на основе сталей и формирование повторно затвердевшего слоя. Изменения текстуры подложки были также зарегистрированы. Фаза, которая характеризуется объёмно центрированной кубической решёткой, появилась вследствие рекристаллизации облучённого материала. Таким образом, были созданы необходимые условия для проникновения вольфрама в нержавеющую сталь. Рост параметра решётки наблюдался в результате плазменного облучения образцов с покрытием. Это указывает на проникновение вольфрама в глубину субстратов.Поверхні з нержавіючої сталі з покриттям з вольфраму були леговані і модифіковані потужними плазмовими потоками в КСПП Х-50. Опромінення потоком плазми призводить до модифікації матеріалів на основі сталей і формування повторно затверділого шару. Зміни текстури підкладки були також зареєстровані. Фаза, яка характеризується об'ємно центрованою кубічною решіткою, з'явилася внаслідок рекристалізації опроміненого матеріалу. Таким чином, були створені необхідні умови для проникнення вольфраму в нержавіючу сталь. Зростання параметра решітки спостерігався в результаті плазмового опромінення зразків з покриттям. Це вказує на проникнення вольфраму в глибину субстратів

Modification and alloying effects in Eurofer steel under powerful pulsed plasma impacts

Experimental studies of surface modification of Eurofer samples have been performed with a quasi-stationary plasma accelerator QSPA Kh-50. The heat load on the surface was near the tungsten melting threshold (i.e. about 0.6 MJ/m²). The plasma streams exposures result in modification of steel-based materials and formation of cellular submicron structures in re-solidified layers. Phase characterized by body-centered cubic lattice appeared due to recrystallization of affected material.Експериментальні дослідження модифікації поверхні зразків Eurofer проводилися на квазі-стаціонарному плазмовому прискорювачі КСПП Х-50. Теплове навантаження на поверхню було близьке до порогу плавлення вольфраму (тобто близько 0,6 МДж/м²). Вплив плазмових потоків призводить до модифікації сталі Eurofer та формування субмікрометрових стільникових структур у приповерхневому шарі. Фаза, яка характеризується об'ємно-центрованою кубічною решіткою, з'явилася внаслідок рекристалізації опроміненого матеріалу.Экспериментальные исследования модификации поверхности образцов Eurofer проводились на квазистационарном плазменном ускорителе КСПУ Х-50. Тепловая нагрузка на поверхность была близка к порогу плавления вольфрама (то есть около 0,6 МДж/м²). Воздействие плазменных потоков приводит к модификации стали Eurofer и формированию субмикрометровых ячеистых структур в приповерхностном слое. Фаза, которая характеризуется объемно-центрированной кубической решеткой, появилась в результате рекристаллизации облученного материала

Dynamic of wall currents in pulse plasma diode in tin vapor

In the paper the level of high-current pulse discharge plasma influence on the chamber wall is carried out, that is important for position choosing of the nanolithographer first collecting mirror with gas-discharge radiation source. In the high-current pulse discharge in tin vapor the dynamic of wall currents space distribution and power of wall effect were experimentally investigated. It has been shown, that the ring area in anode flat is undergone by main influence. It was detected the rapid decreasing of energetic wall effect at distance from discharge axis increasing from 8 to 12 cm.Досліджується рівень впливу плазми сильнострумового імпульсного розряду на стінку камери, що важливо для вибору місця розташування першого дзеркала нанолітографу, що збирає з газорозрядним джерелом випромінювання. В сильнострумовому імпульсному розряді в парах олова експериментально вивчена динаміка просторового розподілення пристінних струмів та потужності впливу на стінку. Показано, що найбільшому впливу підлягає кільцева область в площині аноду. Виявлено різкий спад енергетичного впливу на стінку при збільшені відстані від осі розряду з 8 до 12 см.Исследуется уровень воздействия плазмы сильноточного импульсного разряда на стенку камеры, что важно для выбора месторасположения первого собирающего зеркала нанолитографа с газоразрядным источником излучения. В сильноточном импульсном разряде в парах олова экспериментально изучена динамика пространственного распределения пристеночных токов и мощности воздействия на стенку. Показано, что наибольшему воздействию подвергается кольцевая область в плоскости анода. Обнаружено резкое спадение энергетического воздействия на стенку при увеличении расстояния от оси разряда с 8 до 12 см

Combined exposures of tungsten by stationary and transient hydrogen plasma heat loads: preliminary results

Influence of combined hydrogen plasma exposures on tungsten behavior was studied in QSPA Kh-50 facility and steady-state ion beam system FALCON. Pulsed plasma loads (0.45 MJ/m²) were below the tungsten melting threshold. The influence of addition steady-state heat flux (of 0.43 MW/m² during 900 s) on development of surface damage in tungsten targets was studied. Evolution of residual stresses and lattice spacing were investigated. For combined irradiation faster relaxation of residual stresses occurred. The damage of exposed surface was caused by physical spattering and cracks appearing.Влияние комбинированных водородных плазменных экспозиций на поведение вольфрама изучено в КСПУ Х-50 и ионно-лучевой системе FALCON. Импульсные нагрузки (0.45 MДж/м²) были ниже порога плавления вольфрама. Было изучено влияние дополнительных стационарных тепловых нагрузок (0,43 MВт/м² в течение 900 с) на развитие поверхностных повреждений в вольфрамовых образцах. Развитие остаточных напряжений и параметра решетки было изучено для различных видов плазменного облучения. При комбинированном облучении зарегистрирована быстрая релаксация остаточных напряжений. Повреждения облученных поверхностей обусловлены физическим распылением и появлением трещин.Вплив комбінованих водневих плазмових експозицій на поведінку вольфраму вивчено в КСПП Х-50 и іонно-променевій системі FALCON. Імпульсні навантаження (0.45 MДж/м²) були нижче порогу плавлення вольфраму. Було вивчено вплив додаткових стаціонарних теплових навантажень (0,43 MВт/м² протягом 900 с) на розвиток поверхневих пошкоджень у вольфрамових зразках. Розвиток залишкових напружень і параметра решітки було вивчено для різних видів плазмового опромінення. При комбінованому опроміненні зареєстровано швидку релаксацію залишкових напружень. Пошкодження опромінених поверхонь обумовлені фізичним розпорошенням і появою тріщин