Моделирование взаимодействия частиц с морфологически неоднородными поверхностями обращённых к плазме материалов

• Автор: Когут, Дмитрий Константинович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Оглавление
Список сокращений
Введение
Г лава 1. Обзор литературы
1.1. Взаимодействие ионов с поверхностью
1.1.1. Введение
1.1.2. Аналитическая теория распыления
1.1.3. Компьютерное моделирование распыления поверхности
1.2. Модификация поверхности при ионном облучении
1.2.1. Общие сведения
1.2.2. Моделирование изменения микрорельефа поверхности
1.2.3. Моделирование изменения состава поверхности
1.2.4. Моделирование взаимодействия плазмы с поверхностью термоядерного реактора
Глава 2. Описание кода SCATTER
2.1. Введение
2.2. Движение атомов в веществе
2.3. Потенциал взаимодействия
2.4. Определение угла отклонения и интеграла времени
2.5. Потери энергии
2.6. Начальные условия
2.7. Граничные условия
2.8. Прекращение движения частиц
2.9. Учет сложной геометрии системы
2.10. Статический микрорельеф поверхности
2.11. Динамически изменяемый микрорельеф поверхности
Глава 3. Отражение ионов от пористой поверхности ОПМ
3.1. Постановка задачи
3.2. Описание модели
3.3. Результаты расчета и обсуждение

Глава 4. Динамическое изменение микрорельефа поверхности ОПМ в процессе облучения ионами
4.1. Апробация модели на примере эволюции конуса и гребня
4.1.1. Описание модели
4.1.2. Результаты и обсуждение
4.2. Апробация модели в сравнении с кодом SDTrimSP-2D
4.3. Модификация поверхности бериллиевых тайлов ИТЭР в процессе
соосаждения примесей
4.3.1. Описание модели источника частиц плазмы
4.3.2. Модель микрорельефа на поверхности бериллиевого тайла
4.3.3. Изучение влияния неоднородностей микрорельефа на эрозию поверхности при высокодозном облучении
4.4. Моделирование эрозии материала в разных участках первой стенки ИТЭР73
4.4.1. Постановка задачи
4.4.2. Эрозия и осаждение бериллия на различных участках первой стенки
4.5. Анализ результатов моделирования с точки зрения накопления трития на поверхности ОПМ
4.6. Подведение итогов
Глава 5. Моделирование динамического изменения состава поверхности ОПМ
5.1. Описание модели динамического изменения состава поверхности
5.2. Очистка углеводородных плёнок с поверхности ОПМ
5.3. Осаждение Ве на поверхности диагностических зеркал в ИТЭР
5.3.1. Постановка задачи
5.3.2. Моделирование изменения состава поверхности первого зеркала без учёта взаимодействия частиц со стенками защитного канала
5.3.3. Моделирование изменения состава поверхности первого зеркала с учётом транспорта частиц в защитном канале
5.4. Подведение итогов
Заключение
Список литературы

Список сокращений
ОПМ - материал (материалы), обращенный (обращенные) к плазме.
ТЯР - термоядерный реактор.
ИТЭР - интернациональный экспериментальный термоядерный реактор. ПНВ - плазменно-напыленный вольфрам.
СЭМ - сканирующий электронный микроскоп.
SOL - scrape-off layer (скрэп-слой, слой пристеночной плазмы в ТЯР).

Ion/Recoil
1000 eV Xe —> Si anisotropy
Рис. 1.18.Слева: схематическое изображение двухмерной модели SDTrimSP-2D [72], показаны потоки массы между ячейками после облучения заданным флюенсом. Справа: моделирование облучения кремниевой поверхности узким пучком ионов Хе с энергией 1 кэВ под углом 30° к нормали [13].
Другой код, использующий разбиение геометрической модели мишени на прямоугольные наноячейки и основанный на алгоритме TRIM и TRIDYN (см. раздел 1.2.3) - SDTrimSP-2D [13]. В процессе ионного облучения мишени в ячейки добавляются или убираются частицы в результате развития каскада соударений. После обработки некоторого количества траекторий частиц производится перерасчёт объёма ячеек V при помощи решения уравнения диффузии для переноса массы:
dV _ (d2V д2У dt дх2 + ду2)'
(1.25)
где D - коэффициент диффузии. Уравнение решается методом конечных разностей до получения стабильной конфигурации. Таким образом, получается, что конечное изменение объёмов ячеек бездивергентно, т.е. отсутствуют локальные источники и стоки массы. При этом в модели применяется коэффициент анизотропии 0.5 для отношения изменения объёма клеток в горизонтальном и вертикальном направлении (Рис. 1.18): это связано с тем, что обычно в экспериментах наблюдается вспучивание и сжатие поверхности в вертикальном направлении. Ячейки внутри мишени не изменяют объёма, таким образом масса переносится на границу поверхности; при этом используется сложный алгоритм изменения размеров клеток на поверхности с возможностью создания и удаления ячеек. Кроме того, внутренние напряжения в материале могут образовывать поры посредством удаления ячеек. Также код позволяет моделировать поток обратного газовыделения частиц в случае облучения ионами