Изучение локальных коэффициентов отражения и распыления

УДК 533.9(06) Физика плазмы
Г.А. БЕЛОГОРЦЕВ, Н.Н. ТРИФОНОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ИЗУЧЕНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ И РАСПЫЛЕНИЯ ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТИ
С помощью модернизированной программы SCATTER был проведен расчет
изменения локальных коэффициентов отражения и распыления при взаимодействии частиц с шероховатой поверхностью в зависимости от направления облучения. Осуществлена оценка влияния переотражения на измеряемые коэффициенты.
Показано, что, для случая нормального падения пучка на поверхность с шероховатостью, заданной регулярными гребнями, локальный коэффициент распыления
меняется слабо.
10 мкм
Процессы отражения и распыления материалов термоядерного реактора являются предметом интенсивного изучения в последней трети минувшего века. Шероховатость поверхности может вносить существенные
коррективы как в интегральные, так и в дифференциальные характеристики этих процессов. Очевидно, что для шероховатой поверхности, в отличие от гладкой, в каждой произвольной ее точке локальные коэффициенты распыления и отражения отличаются от средних по всей поверхности.
Для изучения изменения зависимости локальных коэффициентов отражения и распыления для шероховатой поверхности в код SCATTER [1]
были введены изменения, позволяющие задавать размер и положение области облучаемой поверхности. Так как процессы отражения и распыления носят комплексный характер, для объяснения полученных данных
моделирование производилось в двух режимах: при
включенном и при выклюW
ченном блоке, отвечающем
за переотражение распыленных частиц. Изучалось взаимодействие ионов дейтерия,
имеющих
энергию
1 кэВ, с мишенью из углеро10 мкм
да. Мишень имела одномерный рельеф и представляла
собой систему равнобедренРис. 1. Модель шероховатой поверхности
ных гребней с высотой гребня, равной 10 мкм и шириной 10 мкм (рис. 1). Размер окна облучения W
84
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 4
УДК 533.9(06) Физика плазмы
Y
брался равным 10% от размера гребня (11 мкм2). На каждую расчетную
точку приходится по 200000 траекторий налетающих частиц. Получены
зависимости локальных коэффициентов отражения и распыления от координаты источника частиц над поверхностью мишени для азимутальных
углов 0° (перпендикулярно направлению гребней), 45°, 90° (вдоль гребней) и полярных углов 0° (по нормали к поверхности), 30° 45° 60°.
Зависимости Y и Rn от координаты периодические, с периодом, равным периоду системы гребней. Для нормального падения частиц локальное изменение коэффициента распыления не велико. Это объясняется
влиянием переотражения налетающих частиц. Для частиц, распыленных с
вершины гребня, вероятность
0.04
перепылиться на соседний
гребень меньше, чем для ча0.03
стиц внизу, что приводит к
большему распылению вер0.02
шин. Однако это же верно и
для рассеянных поверхностью
Rescatter
0.01
высокоэнергетичных
отраNo rescatter
женных
частиц.
Эти
частицы
0.00
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
могут распылить атомы миWindow position
шени с соседних гребней, что
приводит к тому, что локальРис. 2. Зависимость локального коэффиная зависимость коэффициенциента распыления от положения окна W
та распыления выравнивается.
На рис. 2 приведены графики
зависимости коэффициента распыления от положения окна при нормальном падении с учетом переотражения и без него.
Таким образом, проведена модернизация программы SCATTER, добавлена возможность изучения изменения локальных коэффициентов отражения и распыления. Для нормального падения частиц на поверхность
влияние шероховатости на локальные коэффициенты отражения и распыления для изучаемой геометрии слабо выражено. При учете переотражения, коэффициенты отражения и распыления возрастают, и уменьшается
разность между коэффициентами на вершине гребня и у его подножия.
Список литературы
1. Курнаев В.А., Трифонов Н.Н. // ВАНТ. Серия «Термоядерный синтез». 2002. Выпуск 3-4. C. 76-81.
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 4
85