РАСЧЕТ  ПОГЛОЩЕННОЙ  ДОЗЫ  ПУЧКА  ЭЛЕКТРОНОВ  ПО  ГЛУБИНЕ  МЕТАЛЛИЧЕСКИХ  ОБРАЗЦОВ

Зенг  Валерия  Андреевна

студент  4  курса,  кафедра  «Дизайн  и  технологии  медиаиндустрии»  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

E -mail:  valeriyazeng@mail.ru

Постников  Денис  Васильевич

научный  руководитель,  канд.  физ.-мат.  наук,  доцент  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

В  статье  произведен  расчет  поглощенной  дозы  пучка  электронов  по  глубине  металлических  образцов:  Fe,  Be,  Cu.  Полученные  данные  нетермической  электронно-лучевой  обработки  материалов  могут  широко  применяться  в  разработке  радиационных  технологий.  Так  как  ускоренные  электроны  даже  при  низких  температурах  стимулируют  протекание  в  веществе  различных  физико-химических  реакций,  их  можно  использовать  для  избирательного  изменения  свойств  приповерхностной  области  образца,  в  том  числе  и  для  создания  или  разрушения  тонких  слоев  на  его  поверхности,  а  так  же  на  заданной  глубине  внутри  материала.  Это  позволяет  увеличить  устойчивость  образца  к  внешним  воздействиям  температур  и  механическим  повреждениям,  тем  самым  повышая  срок  службы  и,  следовательно,  создавая  дополнительную  экономию  [2].

Основным  типом  химических  реакций,  протекающих  при  электронной  бомбардировке,  является  разложение  (диссоциация)  химических  соединений  в  результате  возбуждения  или  ионизации.  Реакция  разложения  соединения  на  компоненты  будет  протекать  не  всегда,  а  лишь  в  том  случае,  если  в  результате  электронного  возбуждения  возрастет  относительная  роль  сил  отталкивания.  Для  этого  нужно,  чтобы  переход  произошел  при  таком  расстоянии,  при  котором  атомы  вещества  могут  преодолеть  силы  притяжения  и  выйти  из  соединения  с  запасом  кинетической  энергии.

Для  разработки  радиационных  технологий  необходимо  моделировать  процессы,  протекающие  при  радиационной  обработке.  В  данной  работе  проведены  расчеты  поглощенной  дозы.

Методика  расчета  поглощенной  дозы.

Один  из  наиболее  удачных  методов  аналитической  аппроксимации  G(x)  был  предложен  В.В.Макаровым.  В  нем  для  описания  распределения  удельных  потерь  энергии  по  глубине  использована  функция  Гаусса:

           (1)

Здесь    характеризует  относительное  положение  максимума  распределения,  а    —  его  полуширину.  На  основе  анализа  экспериментального  материала  удалось  показать,  что  независимо  от  атомного  номера  вещества  и  энергии  электронов    можно  определить  параметры  ,    и    распределения  (1),  если  известны  всего  две  экспериментальные  характеристики:  максимальная  глубина  проникновения  электронов    и  коэффициент  обратного  рассеяния  η.  Связь  χ  и    с    и  η  описывается  следующими  эмпирическими  соотношениями:

                                              (2)

                              (3)

Величину    находят  из  условия  равенства  площади  под  кривой    и  энергии,  поглощенной  в  мишени:

,                   (4)

где    —  функция  ошибок,  а  доля  энергии  ,  уносимая  обратно  рассеянными  электронами,  определяется  только  значением  η  (из  формулы  ).        Из  (4)

  .                       (5)

Так  как  пробеги  электронов    и  коэффициенты  η,  а  также  их  зависимость  от  E₁  для  многих  материалов  известны  или  могут  быть  оценены  с  достаточной  степенью  точности,  то  с  помощью  формул  (1)—(5)  можно  рассчитать  G(x)  практически  для  любых  веществ  в  широком  диапазоне  энергий  [1].

1.  Металлический  образец  Fe

Рисунок  1.  Распределение  поглощенной  дозы  пучка  электронов  по  глубине  металлического  образца  Fe   с  энергией  1  МэВ,  2  МэВ,  5  МэВ  соответственно

Таблица  1.

Максимум  поглощенной  дозы  и  глубина  отмеченного  максимума  для  всех  энергий  образца  Fe

2.  Металлический  образец  Be

Рисунок  2.  Распределение  поглощенной  дозы  пучка  электронов  по  глубине  металлического  образца  Be   с  энергией  1  МэВ,  2  МэВ,  5  МэВ  соответственно

Таблица  2.

Максимум  поглощенной  дозы  и  глубина  отмеченного  максимума  для  всех  энергий  образца  Be

3.  Металлический  образец  Cu

Рисунок  3.  Распределение  поглощенной  дозы  пучка  электронов  по  глубине  металлического  образца  Cu   с  энергией  1  МэВ,  2  МэВ,  5  МэВ  соответственно

Таблица  3.

Максимум  поглощенной  дозы  и  глубина  отмеченного  максимума  для  всех  энергий  образца  Cu

Произведен  расчет  поглощенной  дозы  пучка  электронов  по  глубине  металлических  образцов:  Fe,  Be,  Cu  с  энергией  1  МэВ,  2  МэВ  и  5  МэВ. 

Положение  максимальной  поглощающей  дозы  для  образца  Fe  расположено  на  глубине  0,06  мм  для  1  МэВ.  Соответственно  0,36  мм  для  5  МэВ.  Глубина  воздействия  нагрева  электронным  лучом  соответственно  составляет  ~  1  мм.

Список  литературы:

1.Вишняков  Б.А.,  Осипов  К.А.  Электронно-лучевой  метод  получения  тонких  пленок  из  химических  соединений.  М.:  Наука,  1970.

2.Шиллер  Э.,  Гайзиг  У.,  Панцер  З.  Электронно-лучевая  технология.  М.:  Энергия,  1980.