Dependences of helium retention in tungsten and tantalum coatings irradiated with He⁺ ions on fluence and temperature

The processes of helium accumulation and thermal desorption for tungsten and tantalum coatings deposited on a stainless-steel substrate with an intermediate titanium layer were studied at various temperatures of the samples when irradiated with He⁺ ions to various fluences. The dependences of the concentration of captured helium and the form of the spectra of its thermal desorption into vacuum were found both on the fluence of He⁺ ions and on the temperature of the samples upon irradiation. Possible mechanisms for the accumulation and thermal desorption of helium, as well as the formation of defects in the crystal lattice of the samples, are discussed.Досліджено процеси накопичення і термодесорбції гелію для вольфрамового і танталового покриттів, осаджених на підкладку з нержавіючої сталі з проміжним шаром титану, з різними температурами зразків при опроміненні іонами He⁺ до різних доз. Виявлено залежності концентрації захопленого гелію і вид спектрів його термічної десорбції в вакуум як від дози опромінення іонами He⁺, так і температури зразків при опроміненні. Запропоновано можливі механізми накопичення і термодесорбції гелію, а також утворення дефектів кристалічної решітки зразків.Исследованы процессы накопления и термодесорбции гелия для вольфрамового и танталового покрытий, осажденных на подложку из нержавеющей стали с промежуточным слоем титана, с различными температурами образцов при облучении ионами He⁺ до различных доз. Обнаружены зависимости концентрации захваченного гелия и вид спектров его термической десорбции в вакуум как от дозы облучения ионами He⁺, так и температуры образцов при облучении. Предложены возможные механизмы накопления и термодесорбции гелия, а также образования дефектов кристаллической решетки образцов

Study of low-pressure discharge by optical emission spectroscopy

The axial distribution of excited argon and tungsten atoms in plasma of direct current magnetron discharge in crossed fields have been analyzed by optical emission spectroscopy. The influence of discharge parameters (discharge current I, buffer gas pressure pAr and zone of discharge glow Δl) and excited states energy E* of studied particles on the axial distribution Ar and W atoms have been observed. The assumption about the excitation processes in the magnetron plasma is given.Методом оптичної емісійної спектроскопії проаналізовано аксіальний розподіл збуджених атомів аргону і вольфраму в плазмі постійного магнетронного розряду в схрещених E×H-полях. Виявлено вплив параметрів розряду (струм розряду Id, тиск буферного газу pAr і область світіння розряду Δl) та енергії збуджених станів E* досліджуваних частинок на розподіл атомів Ar і W уздовж осі розряду. Зроблено припущення про процеси збудження в магнетронній плазмі.Методом оптической эмиссионной спектроскопии проанализировано аксиальное распределение возбуж- денных атомов аргона и вольфрама в плазме постоянного магнетронного разряда в скрещенных E×H-полях. Обнаружено влияние параметров разряда (ток разряда Id, давление буферного газа pAr и область свечения разряда Δl) и энергии возбужденных состояний E* исследуемых частиц на распределение атомов Ar и W вдоль оси разряда. Сделано предположение о процессах возбуждения в магнетронной плазме

Investigation of the Processes of Retention and Release of Implanted Deuterium and Helium Ions for Tungsten and Tantalum Coatings

The analysis of main published results of studies of retention and migration of ion-implanted hydrogen isotopes and helium in tungsten and tantalum coatings, formation of radiation damages of the crystal lattice and their interaction with implanted gases, as well as the influence of helium and deuterium on various properties and surface morphology of coatings was carried out. The irradiation of samples was performed by beams of accelerated ions of hydrogen isotopes or He+, and in a plasma containing these ions, at various fluences and energies of incident ions, and at various temperatures of targets during implantation. Special attention was paid to the research results obtained at simultaneous irradiation of W both in bulk and in thin-film form. The used methods were electron microscopy, reemission mass spectrometry, thermal desorption spectrometry, X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffraction, nuclear reaction analysis and Rutherford ion scattering

Нанорідини в системах охолодження і їх ефективність

У матеріалах статті показано, що на підставі багатофакторного аналізу запропоновані моделі нанорідин враховані в базових рідинах; зіткнення між наночастинками і молекулами; наночастинки, які обумовлені броунівським рухом; теплова дифузія наночастинок і їх взаємодія з молекулами; формування траекторій перколяції з низьким теплоємностним опором в рідини; вплив міжфазного і прикордонного шарів при розділі твердої і рідкої фаз; ефект поверхневих оболонок; тонкі наношари; кластеризація частинок. Дослідження нанорідин зводиться до визначення їх коефіцієнта теплопровідності. Встановлено, що отримані величини коефіцієнтів теплопровідності більше в 10-ки разів звичайних і тому вони не вписуються в класичні розрахункові схеми при визначенні коефіцієнтів теплопередачі. Для порожнин систем охолодження нанорідинами виявляється, що термічні опори тепловіддачі і теплопровідності за величиною є фіктивними. Це викликано тим, що в порожнинах охолодження рушійною силою є скачки потеціалів між шарами нанорідин. Ми вибрали матеріали для створення нанорідин, які будуть використовуватися в гальмівній системі нової конструкції. Вона утворена частинками Al2O3, покритих полімерним матеріалом ФК-24А. Діаметр наночастинок становив 15, 35 і 80 мкм. Збільшення розміру частинок і їх концентрації призводить до збільшення теплопровідності рідини. Замість контакту нанорідин і металевих компонентів змінюється електричний потенціал і напруженість електричного поля нанорідин, що також описано тут. Коли температура нанорідини піднімається вище 100 °C, вона може стати електролітом. Використання нанорідин для змащення гальмівної системи лебідки знижує знос фрикційних вузлів на ~ 20 % і збільшує гальмівний момент приблизно на 13 %.In the materials of the article, it is shown that based on multifactor analysis, the proposed models of nanofluids are taken into account in the base fluids; a collision between nanoparticles and molecules; nanoparticles that occur due to Brownian motion; thermal diffusion of nanoparticles and their interaction with molecules; formation of percolation trajectories with low heat capacity in a fluid; influence of interphase and boundary layers in the separation of the solid and fluid phases; the surface shell effect; thin nanolayers; particle clustering. The study of nanofluids comes down to determining their thermal conductivity coefficient. It is established that the obtained values of thermal conductivity coefficients, which are 10 times higher than usual, do not fit into the classical calculation schemes used to determine the heat transfer coefficients. For cavities of nanofluid cooling systems, the thermal resistances of heat transfer and thermal conductivity are fictitious in magnitude. This is due to the fact that in the cooling cavities, the driving force is the potential jumps between the layers of the nanofluid. We selected the materials for creating nanoliquids that will be used in the new design of the braking system. It is formed by Al2O3 particles enveloped by polymeric material FK-24A. The diameter of nanoparticles was 15, 35 and 80 µm. An increase in particle size and concentration results in an increase in the thermal conductivity of the liquid. In place of nanoliquid and metal components contact, the electrical potential and intensity of the electric field of nanoliquid change, that is also described here. When the temperature of the nanofluid rises above 100 °C it may become an electrolyte. The use of nanofluids in lubrication of drawworks braking system reduces the wear of friction couples by ~ 20 % and increases the braking moment by about 13 %