ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ, ВЫЗВАННЫХ СИЛЬНОТОЧНЫМ ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ, КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ПЕРВОЙ СТЕНКИ МОЩНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ УСТАНОВОК

Проведено экспериментальное исследование воздействия сильноточных электронных пучков на образцы из поликристаллического вольфрама и коррозионностойкой ферритно-мартенситной стали ЭК-181, а также численное моделирование процесса взаимодействия пучка с мишенью, в котором энергия электронного пучка поглощается в приповерхностных слоях исследуемых образцов. Эксперименты проводили на сильноточном электронном ускорителе “Кальмар” при средней энергии в импульсе E ~ 100 ± 20 Дж (длительность импульса на полувысоте 100 нс). В ходе экспериментов образцы облучали от одного до десяти раз. При численном моделировании использовали спектры электронов, рассчитанные на основе данных (тока и напряжения в диодном зазоре), полученных в результате электротехнических измерений. Продемонстрировано отличие в характере разрушения вольфрама и стали. Показано, что вольфрам начинает растрескиваться после трех импульсов воздействия с энергией около 100 Дж, что хорошо коррелирует с испытаниями на установках других типов. На стали же незначительное растрескивание наблюдали лишь после 8-10 импульсов воздействия. На поверхности мишени из стали обнаружили многочисленные следы капель оплавления и переосаждения материала мишени. Для обоих материалов оценена удельная величина энергии, которая поглощается в области взаимодействии пучка электронов с мишенью.

An experimental study of the effect of high-current electron beams on crystals made of polycrystalline tungsten and corrosion-resistant ferritic-martensitic steel EK-181 was carried out, as well as a numerical simulation of the process of interaction of the beam with the target, in which the energy of the electron beam is absorbed in the near-surface layers of the samples under study. The experiments are carried out on the Kalmar high-current electron accelerator at an average pulse energy of E ~ 100 ± 20 J (pulse duration at half maximum 100 ns). During the experiments, samples were irradiated from one to ten times. In the numerical modeling, electron spectra were used, calculated on the basis of data (currents and voltages in the diode gap) obtained as a result of electrical measurements. The difference in the nature of destruction of tungsten and steel was demonstrated. It has been shown that tungsten begins to crack after three-pulse exposure with an energy of about 100 J, which correlates well with tests on other types of installations. On steel, minor cracking was observed only after 8-10 pulses of exposure. Numerous traces of droplets of melting and redeposition of the target material were found on the surface of the steel target. For both materials, the specific amount of energy that is absorbed in the region of interaction of the electron beam with the target is estimated.