Search

A full spectrum of materials responses to dynamic loading and observed temporal effects of plasticity from a united viewpoint are analyzed. The relaxation model of plasticity with characteristic time idea is capable to effectively predict the instability of the stress-strain dependencies on strain rates. It is shown that empirical models cannot simultaneously simulate the appearance and disappearance of the yield drop unlike the relaxation model of plasticity presented in the paper.

This paper is devoted to the investigation of magnetohydrodynamic characteristics of plasma streams generated by a magnetoplasma compressor (MPC) and control mechanisms of a compression zone position. Nitrogen, helium, and argon were used as working gases. The measurement results of electric currents spatial distributions in the plasma streams identified that for helium (P = 10 Torr) both toroidal vortices and magnetic field displacement from the near-axis region are observed, then, the electric current direction reverses. Similar spatial structure of the electric currents was observed for helium with the initial pressure of 2 Torr. However, in this case, the electric current direction changes much earlier. The electric currents flow from 20 cm to 30 cm from the central electrode of MPC accelerating channel in the modes with nitrogen (P = 0.6 and P = 0.3 Torr). There are current vortices and a sizable magnetic field displacement at a distance of a 6 cm to 18 cm from the MPC output. The duration of a plasma stream generation is about two times less for helium than for the modes of operation with other gases. Метою статті є дослідження магнітогідродинамічних характеристик плазмових потоків, що генеруються магнітоплазмовим компресором (МПК), та механізмів керування положенням зони компресії. У якості робочих газів було використано азот, аргон та гелій. Результати вимірювання просторового розподілу електричних струмів у плазмовому потоці продемонстрували, що для гелію (Р = 10 Торр) спостерігаються як тороїдальні вихори струму, так і витіснення магнітного поля із приосьової області, з подальшою зміною напрямку протікання струму. Подібну просторову структуру електричних струмів було отримано і для гелію з початковим тиском 2 Торр. Проте, у цьому випадку, напрямок протікання струму змінюється значно раніше. У режимах роботи з азотом на залишковому газі (P = 0.6 та P = 0.3 Toрр) струми розповсюджується на відстані від 20 см до 30 см від центрального електроду прискорювального каналу МПК. Розвиваються вихори струму із подальшим витісненням магнітного із приосьової області на відстані від 6 см до 18 см від виходу МПК. Також виявлено, що для режимів роботи з гелієм час генерації плазмового потоку майже у два рази менше, порівняно з режимами роботи на інших газах. Целью этой статьи является исследование магнитогидродинамических характеристик плазменных потоков, генерируемых магнитоплазменным компрессором (МПК), и механизмов управления положением зоны компрессии. В качестве рабочих газов использовались азот, аргон и гелий. Было обнаружено, что для гелия (Р = 10 Торр) наблюдаются как тороидальные токовые вихри, так и вытеснение магнитного поля из приосевой области, с дальнейшей сменой направления протекания тока. Подобная пространственная структура электрических токов была получена и для гелия с начальным давлением 2 Торр. Однако, в этом случае, направление протекания тока меняется значительно раньше. В режимах работы с азотом при остаточном давлении (Р = 0.6 и Р = 0.3 Торр) токи распространяются на расстояния от 20 см до 30 см от центрального электрода ускорительного канала МПК. Происходит развитие токовых вихрей, с дальнейшим вытеснением магнитного поля из приосевой области на расстоянии от 6 см до 18 см от выхода МПК. Также было установлено, что для режимов работы с гелием время генерации плазменного потока почти в два раза меньше, в сравнении с режимами работы на других газах.

The equipment of the Ural Center for Shared Use “Modern nanotechnology” UrFU and IRC Nanotechnology, Research Park of SPbU was used. The research was made possible in part by RFBR (15-32-21102-mol_a_ved), by Government of the Russian Federation (Act 211, Agreement 02.A03.21.0006) and by President of Russian Federation grant for young scientists (Contract 14.Y30.16.8441-МК).

Экспериментально исследован процесс лазерной генерации импульсов волн Лэмба в ферромагнетике за счет испарительного механизма. Полученные результаты могут быть рекомендованы при разработке методов и средств контроля тонкостенных металлических изделий. The process of laser generation of Lamb waves in a ferromagnet at the expense of flash effect was studied experimentally. The obtained results can be recommended for use in the development of methods and equipment for testing thin-walled metal articles. Petrov Yuriy Vladimirovich - Cand. Sc. (Engineering), Associate Professor, General and Experimental Physics Department, South Ural State University. Петров Юрий Владимирович - кандидат технических наук, доцент, кафедра «Общая и экспериментальная физика», Южно-Уральский государственный университет. Gurevich Sergei Yurevich - Doctor of engineering science, professor, General and Experimental Physics Department, South Ural State University. Гуревич Сергей Юрьевич - доктор технических наук, профессор, кафедра «Общая и экспериментальная физика», Южно-Уральский государственный университет. e-mail: sergur@susu.ac.ru

Studies of main characteristics of the plasma streams generated by magneto-plasma compressor (MPC) and quasi-stationary plasma accelerator QSPA Kh-50 have been performed. Main features of Plasma Surface Interaction (PSI) have been researched in dependence on plasma heat loads, plasma density and pulses duration. QSPA Kh-50 creates long pulse plasma streams (pulse length of 0.25 ms) with heat load on exposed surfaces of (0.45…0.75) MJ/m² . The MPC generates short (duration of 10…20 μs) compressed plasma streams with plasma density up to 10¹⁸ cm⁻³ , and plasma energy density of (0.05…0.5) MJ/m² . Performed studies of plasma-surface interaction include measurements of plasma energy deposited to the material surface as a function of the impacting energy and kind of targets. Temporal and spatial dependencies of electron density and temperature have been found. Special attention was paid to the dynamics of the spectral lines near surfaces of exposed targets. Изучены основные характеристики плазменных потоков, генерируемых магнитоплазменным компрессором (МПК) и квазистационарным плазменным ускорителем КСПУ Х-50. Исследованы основные особенности плазмоповерхностного взаимодействия в зависимости от тепловой плазменной нагрузки, плотности и длительности импульса. КСПУ Х-50 генерирует длинноимпульсные плазменные потоки (длительность импульса 0,25 мс) с тепловой нагрузкой на облучаемую мишень (0,45…0,75) MДж/м² . МПК генерирует короткие (длительность 10...20 мкс) компрессионные плазменные потоки плотностью плазмы до 10¹⁸ см⁻³ и плотностью энергии в диапазоне (0,05…0,5) MДж/м² . Представленные исследования плазмо- поверхностного взаимодействия включали измерения энергии, достигающей поверхность материала, как функцию энергии плазмы и сорта материала. Получены временные и пространственные распределения электронной плотности плазмы. Особое внимание уделялось динамике спектральных линий около поверхности облучённых мишеней. Вивчені основні характеристики плазмових потоків, що генеруються магнітоплазмовим компресором (МПК) та квазістаціонарним плазмовим прискорювачем КСПП Х-50. Досліджено основні особливості плазмовоповерхневої взаємодії в залежності від теплового навантаження, густини та тривалості імпульсу. КСПП Х-50 генерує довгоімпульсні плазмові потоки (довжина імпульсу 0,25 мс) з тепловим навантаженням на опромінену мішень (0,45…0,75) MДж/м² . МПК генерує короткі (тривалість 10...20 мкс) компресійні плазмові потоки з густиною плазми, що сягає 10¹⁸ см⁻³, та густиною енергії в діапазоні (0,05…0,5) MДж/м² . Представлені дослідження плазмовоповерхневої взаємодії включали вимірювання енергії плазми, що досягає поверхні матеріалу, як функція енергії плазмі та сорту матеріалу. Отримано часові та просторові розподіли електронної густини плазми. Особлива увага приділялась динаміці спектральних ліній біля поверхні опромінених мішеней.

The effects of irradiation by hydrogen, helium and argon plasma heat loads of 0.4 … 0.6 MJ/m2 on the change of morphology, structure and phase composition of Ti41.5Zr41.5Ni17 alloy are investigated. The initial state of such alloy is characterized by presence of a crystal- approximant 1/1 phase (W-phase) with lattice constant аW = 1.428 ±0.0003 nm, Laves phase (L phase) with the lattice period a = 0.6043 ± 0.0003 nm and an icosahedral quasi-crystalline phase (i-phase) with quasi-crystalline parameter aq= 0.5175 ±0.0003 nm. Plasma irradiation causes formation of the icosahedral quasi-crystalline phase in re-solidified layer with depth up to 100 μm. The substructure parameters: size of the coherence area, the value of micro-strain, phason defect concentration and the value of residual macro-stresses are determined by the plasma parameters. Исследовано влияние облучения водородными, гелиевыми, аргоновыми плазменными потоками с тепловыми нагрузками 0,4…0,6 MДж/м2 на изменение морфологии, структуры и фазового состава сплава Ti41,5Zr41,5Ni17. Исходное состояние такого сплава характеризуется присутствием фазы кристалла-аппроксиманта 1/1 (W-фазы) с периодом решетки аW = 1,428 ±0,0003 нм, фазы Лавеса (L-фаза) с периодом решётки a = 0,6043±0,0003 нм и икосаэдрической квазикристаллической фазы (i-фаза) с параметром квазикристалличности aq = 0,5175±0,0003 нм. Установлено, что плазменное облучение вызывает в поверхностном слое до 100 мкм формирование квазикристаллической икосаэдрической фазы. Установлено, что параметры субструктуры фазы: размер области когерентности, величина микронапряжений и плотность фазонов, а также уровень остаточных напряжений, определяются параметрами плазменного потока. Досліджено вплив опромінення водневими, гелієвими, аргонними плазмовими потоками з тепловими навантаженнями 0,4…0,6 MДж/м2 на зміну морфології, структури і фазового складу сплаву Ti41,5Zr41,5Ni17. Початковий стан такого сплаву характеризується присутністю фази кристала-апроксиманта 1/1 (W-фази) з періодом решітки аw = 1,428 ± 0,0003 нм, фази Лавеса (L-фаза) з періодом решітки a = 0,6043 ± 0,0003 нм і ікосаедричної квазікристалічної фази (i-фаза) з параметром квазікристалічності aq = 0,5175 ± 0,0003 нм. Встановлено, що опромінення плазмою викликає в поверхневому шарі до 100 мкм формування квазікристалічної ікосаедричної фази. Показано, що параметри субструктури фази: розмір області когерентності, величина мікронапружень, а також рівень залишкових макронапружень, визначаються параметрами плазми в потоці.

In present paper, results of experimental investigations of energy characteristics of plasma stream, generated by magnetoplasma compressor (MPC) are presented. It is shown that total energy contained in the plasma stream strongly depends on the discharge current, mass flow rate and sort of working gas. Radial distributions of energy density in plasma streams for different MPC modes of operations and energy transfer efficiency from the acceleration channel to the plasma stream are investigated. Представлены результаты экспериментальных исследований энергетических характеристик плазменных потоков, генерируемых магнитоплазменным компрессором (МПК). Показано, что полная энергия в плазменном потоке существенно зависит от разрядного тока, массового расхода и сорта рабочего газа. Также исследовано радиальное распределение плотности энергии в плазменном потоке и коэффициент передачи энергии от ускорительного канала в плазменный поток в разных режимах работы МПК. Представлено результати експериментальних досліджень енергетичних характеристик плазмових потоків, що генерує магнітоплазмовий компресор (МПК). Показано, що повна енергія в плазмовому потоці значним чином залежить від розрядного струму, масової витрати та сорту робочого газу. Також було досліджено радіальний розподіл густини енергії в плазмовому потоці і коефіцієнт передачі енергії від розрядного каналу в плазмовий потік в різних режимах роботи МПК.

Present work is devoted to experimental investigations of the plasma compression zone dynamics and its influence on radiation characteristics. The construction of magneto-plasma compressor (MPC) of compact geometry with conical copper electrodes is described. Comprehensive information about dynamics of compression zone formation, it position, plasma parameters and geometric dimensions was obtained using spectral diagnostics. Plasma stream density ~ 10^18cm^-3 was measured by Stark broadening of Xe spectral lines. Electron temperature 5...7 eV was estimated using the ratio of Xe lines intensities. EUV radiation intensity was detected by registration system consisting on absolutely calibrated AXUV diodes with integrated thin-films filter for different wavelength ranges and multi-layered MoSi mirrors. Spatial distributions of electrical currents has been performed also. В центре внимания экспериментальные исследования динамики формирования плазменного пинча и его влияния на излучательные характеристики плазмы. Обсуждается конструкция магнито-плазменного компрессора (МПК) компактной геометрии с коническими медными электродами. Исчерпывающая информация о динамике формирования зоны сжатия, ее локализации, плазменных параметрах и геометрических размерах получена с помощью спектральной диагностики. Электронная плотность плазмы (~10^18 см^-3) измерена по штарковскому уширению спектральных линий Xe. Электронная температура (5...7 эВ) оценивалась по отношению интенсивностей спектральных линий Xe. Регистрирующая система, состоящая из абсолютно калиброванных AXUV диодов с покрытием для различных диапазонов длин волн и многослойного MoSi-зеркала, использовалась для регистрации ВУФ-излучения плазмы. Также представлены пространственные распределения электрических токов выноса. В центрі уваги експериментальні дослідження динаміки формування плазмового пінча і його впливу на випромінювальні характеристики плазми. Обговорюється конструкція магніто-плазмового компресора (МПК) компактної геометрії з конічними мідними електродами. Вичерпна інформація про динаміку формування компресійної зони, її локалізацію, плазмові параметри та геометричні розміри отримана за допомогою спектральної діагностики. Електронна густина плазми (~10^18 см^-3) виміряна із штарківського розширення спектральних ліній Xe. Електронна температура (5...7 еВ) визначалась по відношенню інтенсивностей спектральних ліній Xe. Реєструюча система, яка складається із абсолютно каліброваних AXUV діодів з покриттям для різних діапазонів довжин хвиль та багатошарового MoSi-дзеркала, використовувалась для реєстрації ВУФ-випромінювання плазми. Також представлено просторові розподіли електричних струмів.