Electronic and atomic kinetics in solids irradiated with free-electron lasers or swift-heavy ions

In this brief review we discuss the transient processes in solids under irradiation with femtosecond X-ray free-electron-laser (FEL) pulses and swift-heavy ions (SHI). Both kinds of irradiation produce highly excited electrons in a target on extremely short timescales. Transfer of the excess electronic energy into the lattice may lead to observable target modifications such as phase transitions and damage formation. Transient kinetics of material excitation and relaxation under FEL or SHI irradiation are comparatively discussed. The same origin for the electronic and atomic relaxation in both cases is demonstrated. Differences in these kinetics introduced by the geometrical effects ({\mu}m-size of a laser spot vs nm-size of an ion track) and initial irradiation (photoabsorption vs an ion impact) are analyzed. The basic mechanisms of electron transport and electron-lattice coupling are addressed. Appropriate models and their limitations are presented. Possibilities of thermal and nonthermal melting of materials under FEL and SHI irradiation are discussed

Intermittency in a single event

The possibility to study intermittency in a single event of high multiplicity is investigated in the framework of the $\alpha-$model. It is found that, for cascade long enough, the dispersion of intermittency exponents obtained from individual events is fairly small. This fact opens the possibility to study the distribution of the intermittency parameters characterizing the cascades seen (by observing intermittency) in particle spectra.Comment: 7 pages, latex, 2 figures available on request by e-mai

Damage to flexible pipes of coiled tubing equipment due to corrosion and fatigue: methods and approaches for evaluation

Purpose. To propose an engineering approach for evaluating surface corrosion fatigue of flexible pipes of coiled tubing equipment, on the basis of the generalized data about corrosion fatigue behaviour of structural steels and ana-lysis of the existing methods and approaches for assessment of these phenomena. Methods. We applied the original method of corrosion fatigue study which takes into account the parameters of electrochemical dissolution of cyclically deformed surface in conditions of its deformation, as well as the known methods of fracture mechanics, corrosion science, electrochemistry and materials science. Findings. The stages of initial corrosion damaging and surface corrosion fatigue nucleation in structural steels were considered. The criterion ratio for evaluating the period of surface corrosion fatigue crack nucleation that relates the number of loading cycles before crack initiation, the corrosion current, the constants of electrochemical dissolution of metal surface to the cyclic loading parameters is derived. This criterion allowed to obtain and substantiate the experimental formula for predicting the number of loading cycles prior to the surface corrosion fatigue crack nucleation. Originality. The suggested new model describes the surface fatigue crack nucleation as a result of interaction between corrosion and operational cyclic loadings of the coiled tubing equipment flexible pipes. Practical implications. The proposed relationship for calculating macrocrack nucleation period is applicable for engineering assessment of serviceability and fracture risk of flexible pipes of coiled tubing equipment under assigned operating conditions.Мета. Розробка інженерного підходу до оцінювання поверхневої корозійно-втомної пошкоджуваності гнучких труб колтюбінгових установок, базуючись на узагальнених даних про корозійно-втомну стійкість конструкційних сталей та аналізі існуючих методів та підходів до оцінювання цього явища. Методика. В роботі використано оригінальний метод дослідження корозійної втоми, який враховує параметри електрохімічного розчинення циклічно-деформованої поверхні металу за умов її деформування, а також відомі методи механіки руйнування, корозії, електрохімії та матеріалознавства. Результати. Розглянуто стадійність зародження корозійної, а також поверхневої корозійно-втомної пошкоджуваності конструкційних сталей. Запропоновано критеріальне співвідношення для оцінювання періоду зародження поверхневої корозійно-втомної тріщини, як певна комбінація кількості циклів навантаження до зародження тріщини, струму корозії, констант електрохімічного розчинення металевої поверхні і параметрів циклічного навантаження. На його підґрунті встановлено та апробовано експериментальну залежність для визначення кількості циклів навантаження до зародження поверхневої корозійно-втомної тріщини. Наукова новизна. Розроблено та апробовано нову модель зародження поверхневої втомної тріщини як результат взаємодії корозійного середовища та робочих циклічних напружень гнучких труб колтюбінгових установок. Практична значимість. Встановлена залежність з розрахунку періоду зародження макротріщини може бути застосована для інженерного оцінювання довговічності та ризику руйнування гнучких труб колтюбінгових установок за дії робочих середовищ.Цель. Разработка инженерного подхода для оценивания поверхностной коррозионной усталости гибких труб колтюбинговых установок, базируясь на обобщенных данных о коррозионно-усталостном поведении конструкционных сталей и анализе существующих методов и подходов для оценивания этих явлений. Методика. В работе использован оригинальный метод исследования коррозионной усталости, учитывающий параметры электрохимического растворения циклически деформированной поверхности в условиях ее деформирования, а также известные методы механики разрушения, коррозии, электрохимии и материаловедения. Результаты. Рассмотрена стадийность зарождения коррозионной, а также поверхностной коррозионно-усталостной повреждаемости конструкционных сталей. Предложено критериальное соотношение для оценивания периода зарождения поверхностной коррозионно-усталостной трещины, которое связывает количество циклов нагружения до инициирования трещины, тока коррозии, констант электрохимического растворения поверхности металла и параметров циклического нагружения. На его основании установлена и подтверждена экспериментальная зависимость для определения количества циклов нагружения до зарождения поверхностной коррозионно-усталостной трещины. Научная новизна. Разработана и апробирована новая модель зарождения поверхностной усталостной трещины как результат взаимодействия коррозии и рабочих циклических напряжений гибких труб колтюбинговых установок. Практическая значимость. Установленная зависимость по расчету периода зарождения макротрещины может быть использована для инженерного оценивания работоспособности и риска разрушения гибких труб колтюбинговых установок при воздействии рабочих сред.Публікація містить результати досліджень, здійснених за проектом Р6.1 “Розроблення нових методів підвищення надійності та довговічності гнучких труб для газонафтовидобування за колтюбінговими технологіями” цільової програми наукових досліджень НАН України “Надійність і довговічність матеріалів, конструкцій, обладнання та споруд” (“Ресурс-2”)

Thermally stimulated currents of Zn-Bi-O thin film arresters

Ceramic varistors based on zinc oxide have excellent properties as protection devices used in power industry. However, their breakdown voltage, dependent on number of grain boundaries, is too high for use in electronic applications. In this work, performance of micro-devices having varistor-type current-voltage characteristics with low breakdown voltage is reported. The thermally stimulated depolarisation current (TSDC) technique was used to study the dielectric relaxation of the Zn-Bi-0 thin-film arresters. The surface varistor layers were prepared by r.f. magnetron sputtering on nickel support. The TSDC measuring system and cryostat apparatus used in experiment have been described

Spin constraints on Regge predictions and perturbative evolution in high energy collisions

Two key issues in the application of perturbative QCD and Regge predictions to high energy processes are whether the hard and soft pomerons should be considered as two separate distinct exchanges and whether the Regge intercepts are Q^2 independent or not. Models involving a distinct hard pomeron exchange predict much larger values for the LHC total cross-section. Here we argue that there is a polarized analogue of this issue in the isovector part of the spin structure function g_1 and that the spin data appear to favour a distinct hard exchange.Comment: 8 page

Intermittency for coherent and incoherent current ensemble model

We investigate the origin of intermittency for multiparticle distribution in momentum space, following the idea that there is a kind of power law distribution of the space-time region of hadron emission. Using the formalism of current ensamble model to describe boson sources we discuss intermittency exponents for the coherent and incoherent ( chaotic) particle production scheme.Comment: 13 pages, latex, no figure

Effect of two-particle correlations on x-ray coherent diffractive imaging studies performed with continuum models

Coherent diffraction imaging (CDI) of single molecules at atomic resolution is a major goal for the x-ray free electron lasers (XFELs). However, during an imaging pulse, the fast laser-induced ionization may strongly affect the recorded diffraction pattern of the irradiated sample. The radiation tolerance of the imaged molecule should then be investigated 'a priori' with a dedicated simulation tool. The continuum approach is a powerful tool for modeling the evolution of irradiated large systems consisting of more than a few hundred thousand atoms. However, this method follows the evolution of average single-particle densities, and the experimentally recorded intensities reflect the spatial two-particle correlations. The information on these correlations is then inherently not accessible within the continuum approach. In this paper we analyze this limitation of continuum models and discuss the applicability of continuum models for imaging studies. We propose a formula to calculate scattered intensities (including both elastic and inelastic scattering) from the estimates obtained with a single-particle continuum model. We derive this formula for systems under conditions typical for CDI studies with XFELs