WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. 8 05;07;12 Мишени для исследования динамических и радиационных свойств веществ на лазерных установках © В.А. Пронин, В.Н. Горнов, А.В. Липин, И.Л. Святов Российский федеральный ядерный центр Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. Е.И. Забабахина, 456670 Снежинск, Челябинская область, Россия e-mail: c 5@five.ch70.chel.su (Поступило в Редакцию 14 января 2003 г.) Разработаны процессы и аппаратура, изготовлены мишени прямого и непрямого облучения для исследования ударной сжимаемости на лазерных установках „Сокол-2“, „Искра-5“. Предложено использование метода ионного осаждения для изггтовления пленок меди и алюминия с плотностью, близкой к плотности твердого тела. Отличие плотности составляет 0.8-1.7%, погрешность измерения плотности 0.4-1.5%. Отработаны процессы и аппаратура для получения пористых металлов: алюминия, меди, никеля и др. Получены образцы пористой меди толщиной 10-50 µm, с размером пор 0.1-5.0 µm, со средней плотностью вещества 0.4-0.065 g/cm3 и степенью пористости 20-140. Изготовлены мишени на свободно висящих пленках толщиной 0.1-0.2 µm для экспериментов на установках „Прогресс-П“, „Элас-ПС“ при пикосекундной длительности лазерного импульса.

Введение Мишени для исследования ударной сжимаемости В настоящее время все большее применение находят мощные лазерные уставновки для исследования свойств Исследования ударной сжимаемости веществ на ламатериалов при высоких давлениях и температурах [1,2].

зерных установках проводятся как при прямом облуПри изготовлении и измерении мишеней для исследочении образцов, так и с использованием хольраумов вания ударной сжимаемости возникают трудности, если различной конструкции. Мишени прямого облучения эксперимент требует точности лучше 1%, и в настоящее представляют собой ступеньки из эталонного и исслевремя такие мишени в основном изготавливают с точнодуемого материалов толщиной 10-30 µm, находящиеся стью 2% [2].

на расстоянии 50-150 µm друг от друга [2].

Огромный интерес представляют эксперименты по исПоскольку такие мишени изготавливаются методами следованию сжимаемости сверхпористых металлов с навакуумного напыления, то существуют проблемы получальной плотностью 0.1-0.05 g/cm3 или степенью поричения пленок металлов с плотностью, близкой к плотстости P = 10-100. Однако технологические трудности ности твердого тела. При конденсации металлических получения сверхпористых металлов с P 100 ограпленок на подложки начинает расти столбчатая струкничили условия эксперимента, и эксперименты были тура решетки, которая может формироваться на пропроведены на металлах с пористостью P 20 [3].

тяжении всей толщины пленки в процессе нанесения.

Новые возможности для исследования взаимодействия В результате столбчатой структуры появляются поры излучения с веществом открываются при воздействии в пленках, что приводит к отличию плотности пленки лазерных импульсов фемтосенкундной длительности.

от плотности материала твердого тела в некоторых Отмечено, что наиболее перспективным типом мишеней случаях (5-10%) [5].

являются наноструктурированные пористые материалы, Кроме того, в пленках толщиной 5-30 µm возникают которые имеют среднюю плотность в 2–100 раз ниже напряжения и деформации, что приводит к короблению плотности твердого тела и мишени на свободно висящих и отскакиванию от подложки напыленных пленок.

тонких пленках [4].

В связи с этим перед нами встала задача получения Для получения плотных пленок с более тонкой струксверхпористых металлов для мишеней лазерных устано- турой, обладающих высокой адгезией пленок к подвок. ложкам, нами было предложено использование метода Целью работы является разработка процессов и со- ионного осаждения [6]. Разработаны процессы получения здание мишеней для исследования динамических и ра- пленок алюминия, меди, вольфрама, никеля, титана, диационных свойств материалов при высоких давлениях циркония толщиной 5-30 µm при электронно-лучевом и температурах в соответствии с требованиями экспери- испарении и магнетронном распылении в режиме ионментов на лазерных установках.

ного осаждения.

Мишени для исследования динамических и радиационных свойств веществ на лазерных... струкция мишени непрямого облучения показана на рис. 1.

Мишени из пористых металлов и на свободно висящих тонких пленках Отработку процессов получения пористых металлов проводили, исходя из требований к мишеням для экспериментов на лазерных установках: толщина ступеньки мишени 10-30 µm; размер пор или ячеек 0.1-5.0 µm;

степень пористости (отношение плотности обычного и пористого материала) 5-100; размеры и расстояние между ступеньками такие же, как у мишеней для исследования ударной сжимаемости обычных материалов.

Процессы, относящиеся к получению пористых металлов, рассмотрены в ряде работ [10–12]. Нами было разработано и изготовлено устройство для получения пористых металлов, аналогичное описанному в работе [12].

Сущность процесса получения пористых металлов заключается в термическом испарении металлов в инертных газах при давлениях порядка 0.3-3.0 mm Hg. При определенных условиях образующиеся в зоне испарения, преимущественно сферические частицы, конденсируются в виде кластеров на подложке, образуя пористую структуру.

Отработку режимов получения пористых структур металлов проводили при различных температурах испарителя, при скоростях испарения в интервале 1-5mg/s, давлениях инертного газа в камере 0.3-3mmHg. В качестве инертных газов использовали аргон и азот, испаряемые металлы — медь, никель, алюминий. Среднюю плотность полученного металла вычисляли, исходя Рис. 1. Мишень для исследования ударной сжимаемости из измеренной массы и толщины напыленного образ„Искра-5“, „Сокол-2“. 1 — бокс-конвертер, диаметр 1000 µm, золото 40 µm; 2 — алюминий 3 µm; 3 — вольфрам; ца. Массу напыленного материала определяли путем 4 —алюминий 10 µm; 5 — исследуемый образец, медь 6.8 µm;

взвешивания на аналитических весах с чувствитель6 — эталонный образец, алюминий 10.7 µm; 7 — дианостью 0.1 mg. Толщину материала измеряли на опгностическое отверстие, 360 µm; 8 — отверстие лазернотических микроскопах на специально приготовленных го луча, 350 µm; 9 — конус, 500 µm, золото 30 µm;

датчиках с ценой деления отсчета шкалы 0.3-0.5 µm.

10 — полимерная пленка; 11 — элемент подвески.

При этом толщина и масса напыленного металла на датчиках выбиралась таким образом, чтобы погрешность определения средней плотности составляла не более 2%. Степень пористости определяли как отноПри этом нанесение металлов и конденсацию пашение плотности меди 8.96 g/cm3 к средней плотности ров на подложке осуществляли при температурах пористой меди. Структуру и размер пор напыленно150-200C и потенциалах смещения образца 40-200 V, го металла оценивали с помощью растрового элекчто соответствует наиболее оптимальным режимам натронного микроскопа РЭМ-200. На рис. 2 приведены пыления [7–9]. В таблице приведены режимы и реструктуры поверхности полученных пористых металзультаты измерения напыления и вычисления паралов.

метров пленок меди и алюминия для вакуумного исРазработаны мишени на свободных висящих тонких парения и магнетронного распыления. Эти режимы пленках для исследования спектральных коэффициенбыли использованы при изготовлении мишеней для тов поглощения рентгеновского излучения в веществе экспериментов по ударной сжимаемости на установ- при высоких плотностях и температурах. Изготовлеках „Сокол-2“(ВНИИТФ), „Искра-5“(ВНИИЭФ). Кон- ны свободно висящие мишени из алюминия толщиЖурнал технической физики, 2003, том 73, вып. 134 В.А. Пронин, В.Н. Горнов, А.В. Липин, И.Л. Святов Рис. 2. Структура поверхности образцов пористой меди. — средняя плотность пористой меди, g/cm3; p — степень пористости;

P — давление аргона в камере, mm Hg; V — скорость испарения меди, mg/s.

ной 0.2-0.3 µm, на которых были проведены экспери- Предложено использование ионного осаждения для менты на установках „Прогресс-П“ и „Элас-ПС“ при изготовления пленок меди и алюминия с плотностью, пикосекундной длительности лазерного импульса. близкой к плотности твердого тела. Отличие плотности составляет 0.8-1.7%, погрешность измерения плотности 0.4-1.5%.

Заключение Отработаны процессы и аппаратура для получения пористых металлов: алюминия, меди, никеля, золота Разработаны процессы и аппаратура, изготовлены и др. Получены образцы пористой меди толщиной мишени прямого и непрямого облучения для иссле- 10-50 µm, размером пор 0.1-5.0 µm, со средней плотдования ударной сжимаемости на лазерных установках ностью вещества 0.4-0.065 g/cm3 и степенью пористо„Сокол-2“, „Искра-5“. сти 20-140.

Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. Мишени для исследования динамических и радиационных свойств веществ на лазерных... Результаты измерений и вычислений параметров напыленных пленок Материал m, mg ± m, mg m, % t, µm ± l, µm l,% v,%, g/cm3 0, g/cm3 ±,% 1 -,% V, µm/h T, C U, V Алюминий, 13.6 0.08 0.59 16.11 0.07 0.43 0.94 2.68 2.69 1.1 0.4 20 150 вакуумное напыление Алюминий, 2.72 0.03 0.4 8.8 0.08 0.9 1.0 2.65 1.7 0.5 2.5 20 магнетронное распыление Медь, 17.3 0.04 0.23 6.2 0.1 1.6 1.62 8.82 8.96 1.64 1.5 6 200 вакуумное напыление Медь, 14.5 0.1 0.69 26.3 0.08 0.3 0.43 8.84 0.8 0.9 3.8 20 магнетронное распыление П р и м е ч а н и е. r, m, l — радиус, масса, толщина напыленной пленки; — плотность напыления материала; 0 — плотность сплошного материала [10]; r, m, l — абсолютные погрешности измерения радиуса, толщины пленки; r, m, i, v, — относительные массы, погрешности определение радиуса, массы, толщины, объема, плотности; v = 2r2 + l2; = m2 + v2; 1 - (/0) — отличие плотности напыленной пленки от плотности сплошного материала; U — потенциал смещения образца; T — температура образца; V — скорость конденсации.

Изготовлены мишени на свободно висящих пленках алюминия толщиной 0.1-0.2 µm для экспериментов на установках „Прогресс-П“, „Элас-ПС“ при пикосекундной длительности лазерного импульса.

Список литературы [1] Collins G.W., Budil K.S. at al. // Phys. Rev. Let. 1997. Vol. 78.

N 3. 20. P. 483–486.

[2] Ротман С.Д., Эванс А.М., Иглтон Р.Т., Пирсон Л.Б. // Журнал техники ударных нагрузок. 1999. Т. 23.

С. 803–810.

[3] Грязнов В.К., Трунин Р.Ф. и др. // ЖЭТФ. 1998. Т. 114.

Вып. 4 (10). С. 1242–1265.

[4] Гордиенко В.М., Савельева А.Б. // УФН. 1999. Т. 169. № 11.

С. 78–80.

[5] Палатник Л.С., Чернецкий П.Г. Поры в пленках. М.:

Энергоиздат, 1982.

[6] Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Ионно-плазменная обработка материалов. М.: Радио и связь, 1986.

[7] Распыление под действием бомбардировки частицами / Под ред. Р. Бериша. К. Виттмака. Вып. III. М.: Мир, 1998.

[8] Палатник Л.С. и др. Механизм образования и субструктура конденсированных пленок. М.: Наука, 1972.

[9] Физические величины. Справочник / Под ред. И.С. Гигорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991.

[10] Harris L., Jeffris D. at al. // J. Appl. Phys. 1948. V. 10. N 8.

P. 791–794.

[11] Ген М.Я., Зискин М.С., Петров Ю.Н. // ДАН СССР. 1959.

Т. 127. № 2. С. 366–368.

[12] Gragvist C.G., Buhrman R.A. // J. Appl. Phys. 1976. Vol. 47.

N 5. P. 2200–2219.

Журнал технической физики, 2003, том 73, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.