Механізми утворення мікропустот (пір) при оптичному пробої монокристалів KCl

doi:10.26565/2222-5617-2020-33-01

M. A. Volosyuk Харківський національний автомобільно-дорожній університет, вул. Ярослава Мудрого, 25, 61000, Харків, Україна http://orcid.org/0000-0001-6615-3999

DOI: https://doi.org/10.26565/2222-5617-2020-33-01

Ключові слова: монокристал, лазерне опромінювання, оптичний пробій, мікропустота (пора)

Анотація

Експериментально досліджено явище оптичного пробою (руйнування) монокристалів KCl сфокусованим випромінюванням лазера на неодимовому склі з модульованою добротністю, тривалістю імпульсу 5·10^-8с, довжиною хвилі λ = 1054 нм та енергією імпульсу порядку 1 Дж у режимі локального власного поглинання випромінювання лазера монокристалом. Оцінки енергетичних складових процесу локального теплового спалаху, характерного часу тривалості розігрівання локальної області і тривалості релаксаційного процесу та порівняння їх з експериментальними даними показали, що процес релаксації за таких умов протікає у дві стадії: перша – швидка, що супроводжується краудіонним масопереносом за участю ударної хвилі, друга – повільна, за участю і дислокаційного масопереносу. Втрати енергії на теплове випромінювання і теплопровідність в кристал виявляються на порядки величини менші за потік енергії, що поглинається I_погл, що і забезпечує швидкий локальний розігрів і утворення плазми. З точки зору механіки суцільного середовища досліджуваний процес, в якому тиск досягає величини, більшої теоретичної міцності матеріалу, за час, менший ніж 10^-6 с, потрібно розглядати як вибухоподібний або ударний процес. Загальна схема пластичної релаксації, що випливає з наведених оцінок і спостережень, при цьому виглядає наступною. На початку під дією ударної хвилі утворюються краудіони, які виносять речовину з області високого тиску, рухаючись по щільно упакованим рядам атомів (уздовж напрямків типу <110> в кристалах KCl), і пора майже повністю формується за час проходження ударною хвилею діаметра зони релаксації. Це час порядку τ_рел, тобто порядку (10^-9÷10^-8) с. Після падіння температури, тиску та конденсації пари в рідину, тобто наприкінці процесу релаксації, границі пори розсуваються вже під тиском рідкого розплаву і спрацьовує дислокаційний механізм перенесення маси, додатково забезпечуючи деяке збільшення об’єму пори. Цей процес йде і після припинення дії лазерного опромінювання при охолодженні кристалу до кристалізації розплаву в порі і утворення пори (мікропустоти) спостережуваного розміру.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

V.N. Voevodin, I.M. Neklyudov. Evolution of the structural-phase state and radiation resistance of structural materials. (Naukova Dumka, Kyiv, 2006), 376 p. [in Russian]

V.V. Slezov, A.V. Subbotin, O.A. Osmaev. Physics of the Solid State, 47, 3, 463 (2005). [in Russian]

V.P. Veiko, M.N. Libenson, G.G. Chervyakov, E.B. Yakovlev. Interaction of laser radiation with matter. Power optics. (FIZMATLIT, Moscow, 2008), 312 p. [in Russian]

N.V. Kamyshanchenko, V.V. Krasilnikov, I.M. Neklyudov, A.A. Parkhomenko. Physics of the Solid State, 40, 9, 1631 (1998). [in Russian]

L.M. Belyaev, A.N. Golovastikov, V.V. Nabatov. Physics of the Solid State, 10, 12, 3733 (1968). [in Russian]

М.А. Volosyuk. Problems of Atomic Science And Technology, 92, 4, 55 (2014).

Q. Dong, Z. Yao, P. Saidi, M.R. Daymond. Journal of Nuclear Materials, 511, 1, 43 (2018).

R.A. Andrievsky. Physics-Uspekhi, 57, 10, 1017 (2014). [in Russian]

V.G. Kononenko, М.А. Volosyuk, А.V. Volosyuk. Problems of Atomic Science And Technology, 5, 15 (2015).

V.E. Rogalin. Laser-optical systems and technologies. (FSUE "NPO Astrofizika", Moscow, 2009), p. 70-77. [in Russian]

S.V. Karpenko, A.Kh. Kyarov, A.I. Temrokov, D.L. Vinokursky. Crystallography, 47, 2, 326 (2002). [in Russian]

V.D. Kulikov, Technical Physics Journal, 79, 1, 60 (2009). [in Russian]

V.G. Kononenko, A.K. Emets. Ukrainian Journal of Physics, 22, 8, 1378 (1977). [in Russian]

A.V. Gorbunov, N.V. Klassen, M.Yu. Maksimuk. Technical Physics Journal, 62, 12, 39 (1992). [in Russian]

Yu.I. Boyko, M.А. Volosyuk, V.G. Kononenko. Functional Materials, 19, 3, 289 (2012).

Physical encyclopedia: vol. 3 [in 5 volumes]. Ch. edit. A.M. Prokhorov. (Great Russian Encyclopedia, Moscow, 1992), 672 p. [in Russian]

V.D. Natsik, S.N. Smirnov, E.I. Nazarenko. Low Temperature Physics, 27, 11, 1295 (2001). [in Russian]

Yu.A. Kravtsov, Yu.I. Orlov. Physics-Uspekhi, 132, 11, 475 (1980). [in Russian]

M. Born, E. Wolf. Fundamentals of optics. (Nauka, Moscow, 1973), 720 p. [in Russian]

Yu.I. Boyko, M.А. Volosyuk, V.G. Kononenko. Functional Materials, 19, 4, 464 (2012).

B.I. Smirnov. Physics of the Solid State, 33, 9, 2513 (1991). [in Russian]

V.I. Betekhtin, A.G. Kadomtsev. Physics of the Solid State, 47, 5, 801 (2005). [in Russian]

A.V. Gorbunov, M. Yu. Maksimuk. Physics of the Solid State, 36, 5, 1416 (1994). [in Russian]

A.V. Gorbunov, M. Yu. Maksimuk. Physics of the Solid State, 36, 5, 1429 (1994). [in Russian]

Physical encyclopedia: vol. 1 [in 5 volumes]. Ch. edit. A.M. Prokhorov. (Great Russian Encyclopedia, Moscow, 1992), 704 p. [in Russian]

Physical encyclopedia: vol. 5 [in 5 volumes]. Ch. edit. A.M. Prokhorov. (Great Russian Encyclopedia, Moscow, 1992), 760 p. [in Russian]

V.S. Krasnikov, A. Yu. Kuksin, A.E. Mayer, A.V. Yanilkin. Physics of the Solid State, 52, 7, 1295 (2010). [in Russian]

A.M. Kosevich, A.S. Kovalev. The theory of dynamic crowdion in a three-dimensional strongly anisotropic elastic medium: in collection of articles. Dislocation dynamics. (Naukova Dumka, Kyiv, 1975), p. 275 [in Russian]

A.M. Iskandarov, N.N. Medvedev, P.V. Zakharov, S.V. Dmitriev. Computational Materials Science, 47, 429 (2009).