ИССЛЕДОВАНИЕ СОВМЕСТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ПОТОКОВ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ, ПЛАЗМЫ И КОРОТКОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПРИ ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИИ В ВАКУУМНЫХ УСЛОВИЯХ
ÓÄÊ 533.9: 537.52
ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÑÎÂÌÅÑÒÍÎÃÎ ÂÎÇÄÅÉÑÒÂÈß ÂÛÑÎÊÎÑÊÎÐÎÑÒÍÛÕ ÏÎÒÎÊΠÌÅËÊÎÄÈÑÏÅÐÑÍÛÕ ×ÀÑÒÈÖ, ÏËÀÇÌÛ È ÊÎÐÎÒÊÎÂÎËÍÎÂÎÃÎ ÈÇËÓ×ÅÍÈß ÍÀ ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÌÀÒÅÐÈÀËÛ ÏÐÈ ÒÅÐÌÎÖÈÊËÈÐÎÂÀÍÈÈ Â ÂÀÊÓÓÌÍÛÕ ÓÑËÎÂÈßÕ
2008 ã.
Å. Â. Êàëàøíèêîâ, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê; Ñ. Í. Ðà÷êóëèê ÍÈÈ êîìïëåêñíûõ èñïûòàíèé îïòèêî-ýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ è ñèñòåì, ã. Ñîñíîâûé Áîð, Ëåíèíãðàäñêàÿ îáë. E-mail: evk@sbor.net
Ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòàëüíîãî èññëåäîâàíèÿ äåãðàäàöèè ñåðèéíîãî îïòè÷åñêîãî ïîêðûòèÿ èç ôòîðèäà ñâèíöà íà ïîäëîæêå èç õàëüêîãåíèäíîãî ñòåêëà ÈÊÑ-25 ïîñëå ñîâìåñòíîãî âîçäåéñòâèÿ âûñîêîñêîðîñòíûõ ïîòîêîâ òâåðäûõ ìèêðî÷àñòèö (óãëåðîäñîäåðæàùèõ ìèêðî÷àñòèö ðàçìåðîì 0,1–200 ìêì, ñî ñêîðîñòüþ 0,1–30 êì/ñ è ïëîòíîñòüþ ïîòîêà äî 104 ñì–2 ñ–1), ðåëàêñèðóþùåé ïëàçìû (ñ êîíöåíòðàöèåé àòîìîâ è èîíîâ êèñëîðîäà, óãëåðîäà, âîäîðîäà, àçîòà è èõ ñîåäèíåíèé îêîëî 1014–1017 ñì–3, ïëîòíîñòüþ ïîòîêà äî 1023 ñì–2 ñ–1 è ñêîðîñòüþ ïîòîêà äî 10 êì/ñ), êîðîòêîâîëíîâîãî èçëó÷åíèÿ (ñ ýêñïîçèöèåé 0,1 Äæ/ñì2 â âàêóóìíîì óëüòðàôèîëåòîâîì äèàïàçîíå äëèí âîëí 90–180 íì è 1,2 Äæ/ñì2 â óëüòðàôèîëåòîâîì ñ äëèíàìè âîëí 180–400 íì) â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ (ñ îòêà÷êîé äî 10–7–10–5 ìì ðò. ñò.) ïðè òåðìîöèêëèðîâàíèè (â òåìïåðàòóðíîì äèàïàçîíå –20…+160 °Ñ). Äàíà îöåíêà âîçìîæíîñòè ôèçè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ îïèñàííûìè ìåòîäàìè âîçäåéñòâèÿ íà îïòè÷åñêèå ìàòåðèàëû îñíîâíûõ ïîâðåæäàþùèõ ôàêòîðîâ íà íèçêèõ îêîëîçåìíûõ îðáèòàõ.
Êîäû OCIS: 350.1850, 350.5400.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 20.05.2008.
Ââåäåíèå
 îïòè÷åñêîé àïïàðàòóðå ðàçëè÷íîãî íàçíà÷åíèÿ (íàáëþäàòåëüíîé, àñòðîíàâèãàöèîííîé, ôîòîãðàôè÷åñêîé è äð.), ðàáîòàþùåé â êîñìè÷åñêîì ïðîñòðàíñòâå, êàê âíóòðè ëåòàòåëüíîãî àïïàðàòà, òàê è â îòêðûòîì êîñìîñå øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ ðàçëè÷íûå îïòè÷åñêèå ìàòåðèàëû è ïîêðûòèÿ, à òàêæå êëåè äëÿ ñêëåéêè îïòè÷åñêèõ äåòàëåé. Ïåðâîñòåïåííîå çíà÷åíèå äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ðàáîòîñïîñîáíîñòè îïòè÷åñêîé àïïàðàòóðû, îñîáåííî ïðè äëèòåëüíîì íàõîæäåíèè â êîñìîñå è â çîíàõ ñ ïîâûøåííîé ðàäèàöèåé, èìååò çíàíèå ñòîéêîñòè ýòîé ãðóïïû ìàòåðèàëîâ ê âîçäåéñòâèþ ðàçëè÷íûõ ôàêòîðîâ îêðóæàþùåé ñðåäû.
Ñ 80-õ ãîäîâ ñèñòåìàòè÷åñêèå èññëåäîâàíèÿ ñòîéêîñòè îïòè÷åñêèõ ïîêðûòèé è êëååâ ïðîâîäèëèñü â ÃÎÈ èì. Ñ.È. Âàâèëîâà ñîâìåñòíî ñ Èíñòèòóòîì àòîìíîé ýíåðãèè èì. Ñ.Â. Êóð÷àòîâà ÀÍ ÑÑÑÐ, Èíñòèòóòîì ÿäåðíîé ôèçèêè ÌÃÓ è ðÿäîì äðóãèõ îðãàíèçàöèé ñ èñïîëüçîâàíèåì ðàçëè÷íûõ èñòî÷íèêîâ èîíèçèðóþùåé ðàäèàöèè. Èññëåäîâàëèñü îïòè÷åñêèå ïîêðûòèÿ ðàçëè÷íîãî íàçíà÷åíèÿ: ïðîñâåòëÿþùèå, îòðàæàþùèå, ñâåòîäåëèòåëüíûå, óçêîïîëîñíûå ôèëüòðû, òîêîïðîâîäÿùèå, çàùèòíûå, ñâåòîïîãëîùàþùèå, à òàêæå îïòè÷åñêèå êëåè.
 ýòèõ èññëåäîâàíèÿõ, â îòëè÷èå îò íàòóðíûõ èñïûòàíèé íà âîçâðàùàåìûõ îáúåêòàõ èñêóññòâåííûõ ñïóòíèêîâ Çåìëè, íå âñåãäà ó÷èòûâàëîñü ñîâìåñòíîå âîçäåéñòâèå îñíîâíûõ ïîâðåæäàþùèõ ôàê-
òîðîâ êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà (ÔÊÏ) íà îðáèòå êîñìè÷åñêîãî àïïàðàòà (ÊÀ) ñ îïòèêî-ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðîé (ÎÝÀ), õîòÿ ðåçóëüòàò âîçäåéñòâèÿ òàêîãî õàðàêòåðà ìîæåò áûòü î÷åíü çíà÷èòåëüíûì.  ÷àñòíîñòè, ñîëíå÷íîå èçëó÷åíèå, ðàññåèâàåìîå íà ÷àñòèöàõ ñîáñòâåííîé àòìîñôåðû ÊÀ, ïîïàäàÿ â ïîëå çðåíèÿ ÎÝÀ, ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííûì ôîíîâûì ïîìåõàì. Öèêëè÷åñêîå äåéñòâèå ôîòîííîãî èçëó÷åíèÿ ñî ñïåêòðàëüíûì ñîñòàâîì èçëó÷åíèÿ çààòìîñôåðíîãî Ñîëíöà â ñîâîêóïíîñòè ñ öèêëè÷åñêèì äåéñòâèåì òåìïåðàòóðû (îò –190 °Ñ äî +125 °Ñ) íà îòêðûòóþ ïîâåðõíîñòü ÊÀ, ñîäåðæàùóþ, êàê ïðàâèëî, òåïëîçàùèòíûå ìàòåðèàëû îáøèâêè, ïðèâîäèò ê çíà÷èòåëüíîé ýðîçèè ìàòåðèàëîâ [1] è, âñëåäñòâèå ýòîãî, ê âîçäåéñòâèþ ïðîäóêòîâ ýðîçèè íà îïòèêó èëëþìèíàòîðîâ è âõîäíûõ îêîí àïïàðàòóðû. Ïðè ýòîì ñîëíå÷íîå èçëó÷åíèå, ñîäåðæàùåå ñîñòàâëÿþùèå óëüòðàôèîëåòîâîãî (ÓÔ) è âàêóóìíîãî ÓÔ (ÂÓÔ) èçëó÷åíèÿ, ïîðàæàåò ñðàâíèòåëüíî òîíêèé ñëîé ìàòåðèàëà (äî 20 ìêì) è ïîâåðõíîñòü ïîñëå ýêñïîçèöèè èìååò ìîðôîëîãè÷åñêóþ ñòðóêòóðó, áëèçêóþ ê ñòðóêòóðå ïîñëå òðàâëåíèÿ â ïëàçìåííûõ óñëîâèÿõ âûñîêî÷àñòîòíîãî ðàçðÿäà. Îäíèì èç ñëåäñòâèé òàêîãî âîçäåéñòâèÿ ÿâëÿåòñÿ âîçíèêíîâåíèå ýëåêòðîííîé è èîííîé ýìèññèè ñ îáëó÷àåìûõ ïîâåðõíîñòåé, ïðèâîäÿùåé ê ôîðìèðîâàíèþ ïëàçìåííîé îáîëî÷êè, îêðóæàþùåé àïïàðàò, è ê ýëåêòðèçàöèè ïîâåðõíîñòåé ÊÀ. Âñå ýòè ôàêòîðû ñîçäàþò ôîíîâûå çàñâåòêè ÎÝÀ, âîçäåéñòâóþò íà âíåøíèå ïîêðûòèÿ îïòè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ ïðîäóê-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
73
òîâ ïëàçìåííîé îáîëî÷êè, à ýòî, â ñâîþ î÷åðåäü, ïðèâîäèò ê îñàæäåíèþ íà îïòèêó ïûëåâèäíûõ ñòðóêòóð, ðàçðóøåíèþ ïðîñâåòëÿþùèõ è çàùèòíûõ ïîêðûòèé è äðóãèì ôèçè÷åñêèì ýôôåêòàì.
 íàó÷íî-òåõíè÷åñêîé ëèòåðàòóðå [2–4] ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé, ïîëó÷åííûå êàê â õîäå íàçåìíûõ èñïûòàíèé, òàê è âî âðåìÿ ïîëåòîâ êîñìè÷åñêèõ àïïàðàòîâ, ïîêàçûâàþò, ÷òî îñíîâíûìè ïîâðåæäàþùèìè ôàêòîðàìè îêîëîçåìíîãî êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà (ÎÊÏ), âëèÿþùèìè íà ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà îïòè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ, ÿâëÿþòñÿ âàêóóì, ÂÓÔ, ÓÔ è êîðïóñêóëÿðíîå èçëó÷åíèå, òåðìîöèêëèðîâàíèå, àòîìàðíûé êèñëîðîä, ïîòîêè ìèêðîìåòåîðîèäîâ è êîñìè÷åñêèé ìóñîð, õàðàêòåð âîçäåéñòâèÿ êîòîðûõ ïðåäñòàâëåí â òàáëèöå.
Îòäåëüíóþ ãðóïïó ñîñòàâëÿþò îïòè÷åñêèå ìàòåðèàëû äëÿ ÈÊ îáëàñòåé ñïåêòðà, èñïîëüçóåìûå â ÎÝÀ. Ýòî áåñêèñëîðîäíûå ñòåêëà, ãåðìàíèé, êðåìíèé, ñàïôèð, ñîåäèíåíèÿ èíäèÿ, òåëëóðà è íåêîòîðûå äðóãèå ìàòåðèàëû. Îïòè÷åñêèå ôèëüòðû è âõîäíûå îêíà èç äàííûõ ìàòåðèàëîâ íå ïðîïóñêàþò ñâåò âïëîòü äî 1,5–3 ìêì, ïîýòîìó ïðè âîçäåéñòâèè øèðîêîïîëîñíîãî èçëó÷åíèÿ Ñîëíöà è èñêóññòâåííûõ âçðûâíûõ èñòî÷íèêîâ ñâåòà îíè ñèëüíî ðàçîãðåâàþòñÿ. Ïðè ýòîì ñâåò ïðàêòè÷åñêè íå ïîïàäàåò íà ôîòîïðèåìíûå óñòðîéñòâà è êîíöåíòðèðóåòñÿ íà âõîäíîé îïòèêå. Ðàíåå [5] äëÿ îêîí èç ðÿäà ìàòåðèàëîâ áûëè îïðåäåëåíû ïîðîãè ñòîéêîñòè, âûøå êîòîðûõ íà÷èíàëîñü èõ ïîâðåæäåíèå.  ÷àñòíîñòè, äëÿ îêîí èç íåïðîñâåòëåííîãî ãåðìàíèÿ ïîðîã ñòîé-
êîñòè, âûøå êîòîðîãî íà÷èíàåòñÿ ðàñòðåñêèâàíèå îáðàçöà, ñîñòàâëÿåò 315 Äæ/ñì2, äëÿ ïîêðûòèé SiO2, ZnS – îêîëî 420 Äæ/ñì2. Ïðè èìïóëüñíîì âîçäåéñòâèè øèðîêîïîëîñíîãî èçëó÷åíèÿ íà äàííûå ìàòåðèàëû îáíàðóæåíà çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ îáðàçöîâ îò ïëîòíîñòè ýíåðãèè ïàäàþùåãî ñâåòîâîãî ïîòîêà. Íàïðèìåð, ïîñëå îáëó÷åíèÿ èìïóëüñîì äëèòåëüíîñòüþ ïîðÿäêà 1 ìñ ñ ýêñïîçèöèåé 150 Äæ/ñì2 êîýôôèöèåíòû ïðîïóñêàíèÿ â îáëàñòè äëèí âîëí îò 3 äî 25 ìêì ïðîñâåòëÿþùèõ ïîêðûòèé òèïà Si3N4 íà ïîäëîæêå èç ãåðìàíèÿ è ZrO2 íà ïîäëîæêå èç êðåìíèÿ óìåíüøàþòñÿ íà 8–20%, õîòÿ õàðàêòåð ñïåêòðàëüíîé çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ ïðè ýòîì íå èçìåíÿåòñÿ. Äëÿ ñðàâíåíèÿ ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî èçìåðåííûé óðîâåíü ëó÷åâîé ëàçåðíîé ïðî÷íîñòè ïðîñâåòëÿþùèõ ñåðèéíûõ ïîêðûòèé ZrO2, ïî äàííûì [6], åùå íèæå è ñîñòàâëÿåò 50 Äæ/ñì2 íà äëèíå âîëíû 1,06 ìêì â ìíîãîìîäîâîì ðåæèêå ðàáîòû ëàçåðà ïðè äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà 50 íñ è äèàìåòðå çîíû îáëó÷åíèÿ 0,7 ìì ñ ÷àñòîòîé ïîâòîðåíèÿ âñïûøåê íå ìåíåå 1 âñïûøêè â ìèíóòó.
 äàííîé ðàáîòå ïðîâåäåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ õàðàêòåðà èçìåíåíèé ìîðôîëîãèè ïîâåðõíîñòè è ñïåêòðàëüíîãî ïðîïóñêàíèÿ îïòè÷åñêîãî ïðîñâåòëÿþùåãî ïîêðûòèÿ èç ôòîðèäà ñâèíöà íà ïîäëîæêå èç õàëüêîãåíèäíîãî ñòåêëà ÈÊÑ-25 â õîäå êîìïëåêñíûõ èñïûòàíèé â ëàáîðàòîðíûõ óñëîâèÿõ. Ïðîâåäåíà îöåíêà âîçìîæíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ðàçðàáîòàííûõ íàìè ðàíåå ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ìåòîäîâ äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ ñîâìåñòíîãî âîç-
Õàðàêòåð âîçäåéñòâèÿ îñíîâíûõ ïîâðåæäàþùèõ ôàêòîðîâ êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà íà îïòè÷åñêèå ìàòåðèàëû
ÔÊÏ Âàêóóì
Íîìèíàëüíûå ïðåäåëû èçìåíåíèÿ ïàðàìåòðîâ ôàêòîðà
Äàâëåíèå 10–3–10–12 Ïà
ÂÓÔ/ÓÔ èçëó÷åíèå Ñîëíöà Ìèêðîìåòåîðèòíûå ïîòîêè è ìåëêîäèñïåðñíûé ìóñîð Ïîòîêè ýëåêòðîíîâ
Ïîòîêè ïðîòîíîâ
Àòîìàðíûé êèñëîðîä
Òåðìîöèêëèðîâàíèå
Äëèíà âîëíû 100–400 íì ßðêîñòü 3×10–4–0,14 Âò/ñì2 ñð
Ðàçìåðû ÷àñòèö ìåíåå 1ìì Ïëîòíîñòè ïîòîêà 10–5–100 ì–2 ñ–1 Ñêîðîñòè ÷àñòèö 0,1–72 êì/ñ
Ýíåðãèÿ ÷àñòèö 10 êý–4 Ìý Ïëîòíîñòü ïîòîêà 108 ì–2ñ–1
Ýíåðãèÿ ÷àñòèö 10 êý–4 Ìý Ïëîòíîñòü ïîòîêà 108 ì–2 ñ–1
Ýíåðãèÿ ÷àñòèö 5 ý Ïëîòíîñòü ïîòîêà äî 1016 ñì–2 ñ–1 Ñêîðîñòü 0,1–10 êì/ñ
Èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû ìàòåðèàëà –190 °Ñ …+125 °Ñ
Õàðàêòåð îñíîâíîãî âîçäåéñòâèÿ íà ìàòåðèàëû
Äåãàçàöèÿ, óäàëåíèå âëàãè è ðàñòâîðèòåëåé, ïðèâîäÿùèå ê èçìåíåíèþ ðàçìåðîâ è ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ ýëåìåíòîâ êîíñòðóêöèè Äåãðàäàöèÿ çàùèòíûõ ïîêðûòèé, ïîìóòíåíèå êëååâ, óìåíüøåíèå ïðåäåëà ïðî÷íîñòè íà ðàçðûâ Ýðîçèÿ ìàòåðèàëà êîðïóñà, òåïëîçàùèòû, ìåòàëëèçàöèÿ ó÷àñòêîâ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ è äèýëåêòðè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ, ïðîáîé çàùèòíûõ ïîêðûòèé
Ïîâðåæäåíèå ïîâåðõíîñòè è ãëóáèííûõ ñëîåâ ìàòåðèàëîâ, ýëåêòðèçàöèÿ ïîâåðõíîñòåé ÊÀ Äåãðàäàöèÿ ïîêðûòèé è ïîâåðõíîñòè êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ Ðàçðóøåíèå è âûòðàâëèâàíèå òîíêèõ ïîëèìåðíûõ ïëåíîê, ýðîçèÿ ïîëèìåðíûõ êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ
Îáðàçîâàíèå ìèêðîòðåùèí, êîðîáëåíèå, ïîâðåæäåíèå êðèòè÷íûõ ïîâåðõíîñòåé
74 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
äåéñòâèÿ íà îïòè÷åñêèå ìàòåðèàëû îñíîâíûõ ïîâðåæäàþùèõ ôàêòîðîâ êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà íà íèçêèõ îêîëîçåìíûõ îðáèòàõ, ê êîòîðûì îòíîñÿò â ïåðâóþ î÷åðåäü êîðîòêîâîëíîâîå èçëó÷åíèå Ñîëíöà, ïîòîêè ìèêðîìåòåîðîèäîâ è ìåëêîäèñïåðñíûé ìóñîð, à òàêæå àòîìàðíûé êèñëîðîä â íàáåãàþùåì ïîòîêå èîíîñôåðíîé ïëàçìû.
Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà è ìåòîäèêà èñïûòàíèé
Ïðè ñîçäàíèè ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ óñëîâèé íà îðáèòå â íàçåìíûõ óñëîâèÿõ àêöåíò áûë ñäåëàí íà êîìïëåêñíûé õàðàêòåð âîçäåéñòâèÿ ÔÊÏ íà ìàòåðèàëû. Ïî ýòîé ïðè÷èíå ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà ïîñòðîåíà íà îñíîâå ïðåäñòàâëåíèé î âîçäåéñòâèè êàæäîãî ôàêòîðà â îòäåëüíîñòè è â êîìïëåêñå ñ äðóãèìè, îá îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâàõ ÎÊÏ, à òàêæå î òåõíîëîãè÷åñêèõ òðåáîâàíèÿõ ê ìàòåðèàëàì.
 ñîñòàâ ëàáîðàòîðíî-ñòåíäîâîãî êîìïëåêñà âõîäÿò âàêóóìíûå êàìåðû îáúåìîì 0,05 è 1,0 ì3 ñ îòêà÷êîé äî 10–7–10–5 ìì ðò. ñò. (1,3×10–5–1,3×10–3 Ïà) è îïûòíûå îáðàçöû èìèòàòîðîâ ôàêòîðîâ êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà äëÿ ïðîâåäåíèÿ óñêîðåííûõ èñïûòàíèé è èññëåäîâàíèé, â òîì ÷èñëå:
– èñòî÷íèêè êîðîòêîâîëíîâîãî èçëó÷åíèÿ ñ ÿðêîñòüþ 2×10–3–2 Âò/ñì2 ñð íì äëÿ ÂÓÔ-äèàïàçîíà (90–180 íì) è ñ ÿðêîñòüþ 2–20 Âò/ñì2 ñð íì äëÿ ÓÔ äèàïàçîíà (180–400 íì) íà îñíîâå èìïóëüñíîãî ñòðóéíîãî äèàôðàãìåííîãî ðàçðÿäà â âàêóóìå (èñòî÷íèê ÏÎÒÎÊ-ÂÓÔ/ÑÄÐ) [7] è òëåþùåãî ðàçðÿäà â âîäîðîäå, âîçáóæäàåìîãî â âîäîîõëàæäàåìîì êâàðöåâîì êàïèëëÿðå (èñòî÷íèê ÏÂÈ-02), ñ ïëîòíîñòüþ ìîùíîñòè îêîëî 3×10–3 Âò/ñì2 äëÿ ÂÓÔäèàïàçîíà (115–130 íì);
– èñòî÷íèê ìíîãîêîìïîíåíòíîé ïëàçìû ñ êîíöåíòðàöèåé àòîìîâ è èîíîâ êèñëîðîäà, óãëåðîäà, âîäîðîäà, àçîòà è èõ ñîåäèíåíèé îêîëî 1014–1017ñì–3, ïëîòíîñòüþ ïîòîêà äî 1023 ñì–2ñ–1 è ñêîðîñòüþ ïîòîêà äî 10 êì/ñ íà îñíîâå ðåëàêñèðóþùåé ýðîçèîííîé ïëàçìû èìïóëüñíîãî ñòðóéíîãî äèàôðàãìåííîãî ðàçðÿäà â âàêóóìå (èñòî÷íèê ÏÎÒÎÊ-ÝÏ/ÑÄÐ) [8];
– èñòî÷íèê ïîòîêîâ óãëåðîäñîäåðæàùèõ ìèêðî÷àñòèö (ðàçìåðîì 2r = 0,1–200 ìêì ñî ñêîðîñòüþ V = 0,1–30 êì/ñ è ïëîòíîñòüþ ïîòîêà äî 104 ñì–2 ñ–1) íà îñíîâå èìïóëüñíîãî ñòðóéíîãî äèàôðàãìåííîãî ðàçðÿäà â âàêóóìå â ìàãíèòîãàçîäèíàìè÷åñêîì ðåæèìå (èñòî÷íèê ÏÎÒÎÊ-Ì×/ÑÄÐ) [9].
Ñèñòåìû êðèîãåííîãî îáåñïå÷åíèÿ ïîçâîëÿëè îñóùåñòâëÿòü òåðìîöèêëèðîâàíèå îáðàçöîâ ìàòåðèàëîâ â òåìïåðàòóðíîì äèàïàçîíå 300–20 Ê, à ñèñòåìà ïîäîãðåâà â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ – â òåìïåðàòóðíîì äèàïàçîíå 300–480 Ê.
Äèàãíîñòè÷åñêîå îáîðóäîâàíèå ïîçâîëÿëî îïðåäåëÿòü êàê ïàðàìåòðû ñàìèõ èñòî÷íèêîâ ïîòîêîâ èçëó÷åíèÿ, ïëàçìû è ìèêðî÷àñòèö [10–12], òàê è ïðîâîäèòü êîëè÷åñòâåííûå ñïåêòðàëüíûå èçìåðåíèÿ ïðèðàùåíèÿ îïòè÷åñêîé ïëîòíîñòè, êîýôôèöèåíòîâ ïðîïóñêàíèÿ, êîýôôèöèåíòîâ îòðàæåíèÿ è ëþìèíåñöåíöèè èññëåäóåìûõ ìàòåðèàëîâ â ÂÓÔ, ÓÔ, âèäèìîé è ÈÊ îáëàñòÿõ ñïåêòðà [13].
 êà÷åñòâå îáúåêòà èññëåäîâàíèÿ íàìè áûë âûáðàí îäèí èç âàðèàíòîâ íàðóæíîãî ýëåìåíòà îïòè÷åñêîé ñèñòåìû èç áåñêèñëîðîäíîãî ñòåêëà ÈÊÑ-25 ñ ïðîñâåòëÿþùèì ïîêðûòèåì èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà. Òåõíîëîãèÿ íàíåñåíèÿ ïîêðûòèÿ ñîîòâåòñòâîâàëà òèïîâîé òåõíîëîãèè èñïîëíåíèÿ ïðîñâåòëÿþùåãî ïîêðûòèÿ Â.030 ïî ÎÑÒ3-1901-95.
Äëÿ ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòîâ áûëè èçãîòîâëåíû îáðàçöû äèàìåòðîì 20 ìì è òîëùèíîé 3 ìì. Ñïåêòðû ïðîïóñêàíèÿ îáðàçöîâ â äèàïàçîíå îò 2,0 äî 12 ìêì äî è ïîñëå èñïûòàíèé áûëè ïîëó÷åíû íà ôóðüå-ñïåêòðîôîòîìåòðå ÔÑÌ-1201. Ìèêðîôîòîãðàôèè è èíòåðôåðîãðàììû ôðàãìåíòîâ ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèÿ îáðàçöîâ ñ óâåëè÷åíèåì 290× áûëè ïîëó÷åíû íà ìèêðîèíòåðôåðîìåòðå ÌÈÈ-4.
Äëÿ ïðîâåäåíèÿ èññëåäîâàíèé áûëà ðàçðàáîòàíà ìåòîäèêà èñïûòàíèé ñ ñîâìåñòíûì èñïîëüçîâàíèåì íîâûõ ìåòîäîâ ãåíåðàöèè ïîòîêîâ ìåëêîäèñïåðñíûõ ÷àñòèö, ïëàçìû è êîðîòêîâîëíîâîãî èçëó÷åíèÿ íà îñíîâå ñòðóéíîãî äèàôðàãìåííîãî ðàçðÿäà â âàêóóìå. Ïðè èññëåäîâàíèè õàðàêòåðà è ñòåïåíè ñîâìåñòíîãî ïîâðåæäàþùåãî âîçäåéñòâèÿ îäíà ÷àñòü îáðàçöîâ ïîäâåðãàëàñü îäíîâðåìåííî
– èìïóëüñíîìó îáëó÷åíèþ â ÂÓÔ (0,1 Äæ/ñì2), ÓÔ (1,2 Äæ/ñì2) è âèäèìîé (11,0 Äæ/ñì2) îáëàñòÿõ ñïåêòðà îò èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ ÏÎÒÎÊ-ÂÓÔ/ÑÄÐ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ;
– âîçäåéñòâèþ âûñîêîñêîðîñòíîãî ïîòîêà ðåëàêñèðóþùåé ïëàçìû (îêîëî 1021 ÷àñòèö/ñì2), ñîäåðæàùåé èîíû è àòîìû êèñëîðîäà, âîäîðîäà è óãëåðîäà, îò èñòî÷íèêà ïëàçìû ÏÎÒÎÊ-ÝÏ/ÑÄÐ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ;
– âîçäåéñòâèþ âûñîêîñêîðîñòíîãî ïîòîêà òâåðäûõ ìèêðî÷àñòèö (îêîëî 102 ÷àñòèö/ñì2) ñ èñïîëüçîâàíèåì èñòî÷íèêà ìèêðî÷àñòèö ÏÎÒÎÊ-Ì×/ÑÄÐ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ;
– òåðìîöèêëèðîâàíèþ â äèàïàçîíå 20–90 °Ñ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ;
– âûäåðæêå â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ ñ ðàçðåæåíèåì îêîëî 3×10–6 ìì ðò. ñò. â òå÷åíèå 240 ÷.
Çàòåì â õîäå èñïûòàíèé äðóãàÿ ÷àñòü îáðàçöîâ ïîäâåðãàëàñü îäíîâðåìåííîìó âîçäåéñòâèþ 4, 3 è 2-õ ôàêòîðîâ.
È, íàêîíåö, òðåòüÿ ÷àñòü îáðàçöîâ áûëà èñïûòàíà â óñëîâèÿõ ðàçäåëüíîãî âîçäåéñòâèÿ óêàçàííûõ âûøå ôàêòîðîâ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
75
Ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû è èõ îáñóæäåíèå
Äëÿ âñåõ îáðàçöîâ, èñïîëüçóåìûõ ïðè îäíîâðåìåííîì âîçäåéñòâèè ïÿòè ôàêòîðîâ, â ðåçóëüòàòå ïðîèçîøëî ïîëíîå ðàçðóøåíèå ïîêðûòèé ñ ïîÿâëåíèåì “îñòðîâêîâîãî” õàðàêòåðà ïîâåðõíîñòíîãî ðåëüåôà è êðàòåðîâ ðàçëè÷íûõ ôîðìû è ðàçìåðà, ñ èçìåíåíèåì öâåòà ïîêðûòèÿ ñ òåìíî-ôèîëåòîâîãî íà ñâåòëî-ñåðûé ñ õàðàêòåðíûì ìåòàëëè÷åñêèì (ñâèíöîâûì) áëåñêîì. Àíàëèç ïîëó÷åííûõ èíòåðôåðîãðàìì ó÷àñòêîâ ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèé îáðàçöîâ ñâèäåòåëüñòâóåò î çíà÷èòåëüíîé âûñîòå ìèêðîíåðîâíîñòåé.  ÷àñòíîñòè, ãëóáèíà êðàòåðîâ íà ïîâåðõíîñòè äîñòèãàëà íåñêîëüêèõ ìèêðîìåòðîâ. Íà ðèñ. 1 ïðåäñòàâëåíû èíòåðôåðîãðàììû ðàçëè÷íûõ ó÷àñòêîâ ïîâåðõíîñòè äëÿ îäíîãî èç îáðàçöîâ (à – äî èñïûòàíèé, á – ïîñëå) è ìèêðîôîòîãðàôèè òåõ æå ó÷àñòêîâ ïîâåðõíîñòè îáðàçöà (ã, ä).
Òà ÷àñòü îáðàçöîâ, êîòîðàÿ ïîäâåðãàëàñü îäíîâðåìåííîìó âîçäåéñòâèþ ÷åòûðåõ ôàêòîðîâ, à èìåííî âñåõ ïåðå÷èñëåííûõ âûøå, íî áåç òåðìîöèêëèðîâàíèÿ îáðàçöîâ, è îäíîâðåìåííîìó âîçäåéñòâèþ òðåõ ôàêòîðîâ, à èìåííî âñåõ ïåðå÷èñëåííûõ âûøå, íî áåç òåðìîöèêëèðîâàíèÿ îáðàçöîâ è áåç äëèòåëüíîé âûäåðæêè îáðàçöîâ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ, òàêæå ïîñëå èñïûòàíèé èçìåíèëàñü ïî âíåøíåìó âèäó – öâåò ïîêðûòèÿ ñòàë ñâåòëî-ñåðûì ñ ìåòàëëè÷åñêèì áëåñêîì, ìîðôîëîãèÿ ïîâåðõíîñòè, ïî äàííûì ìèêðîôîòîãðàôèé è èíòåðôåðîãðàìì ïîâåðõíîñòè áûëà àíàëîãè÷íà ïåðâîé ãðóïïå îáðàçöîâ.
Äëÿ ÷àñòè îáðàçöîâ, êîòîðûå ïîäâåðãàëèñü îäíîâðåìåííîìó âîçäåéñòâèþ äðóãèõ òðåõ ôàêòîðîâ, à èìåííî âñåõ ïåðå÷èñëåííûõ âûøå, íî áåç òåðìîöèêëèðîâàíèÿ îáðàçöîâ è áîìáàðäèðîâêè ïîòîêîì ìèêðî÷àñòèö, ïîñëå èñïûòàíèé âíåøíèé âèä îáðàçöîâ (öâåò ïîêðûòèÿ è ìîðôîëîãèÿ ïîâåðõíîñòè)
(à) (ã)
(á) (ä)
(â) (å)
Ðèñ. 1. Èíòåðôåðîãðàììû (à, á, â) è ìèêðîôîòîãðàôèè (ã, ä, å) ó÷àñòêîâ ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ ¹ 1–5Ñ è ¹ 5–1Ð äî (à, ã) è ïîñëå (á, â, ä, å) èñïûòàíèé. á, ä – îáðàçåö ¹ 1–5Ñ; â, å – ¹ 5–1Ð. 76 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
Ò, îòí. åä. 1
1
0,5
2
0 3 4 5 6 8 10 12 λ, ìêì
Ðèñ. 2. Ñïåêòðû êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ Ò îáðàçöà ¹1–5Ñ äî (1) è ïîñëå (2) èñïûòàíèé.
ïðåòåðïåë ïðàêòè÷åñêè òàêèå æå èçìåíåíèÿ, îòìå÷åíî ëèøü îòñóòñòâèå íà ïîâåðõíîñòè êðàòåðîâ.
Êðîìå òîãî, äëÿ ýòèõ äâóõ ãðóïï îáðàçöîâ, êîòîðûå ïîäâåðãàëèñü îäíîâðåìåííîìó âîçäåéñòâèþ îïèñàííûõ âûøå 5, 4 è 3-õ ôàêòîðîâ, ñïåêòðû êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ ñâèäåòåëüñòâóþò î ïîëíîé äåãðàäàöèè íàíåñåííîãî ïðîñâåòëÿþùåãî ýôôåêòà ïîêðûòèÿ èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà è çíà÷èòåëüíîì ïàäåíèè êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ îáðàçöîâ âî âñåì äèàïàçîíå äëèí âîëí îò 2,4 äî 12 ìêì (ðèñ. 2).
Äëÿ îáðàçöîâ, êîòîðûå èñïûòûâàëè ïðè îäíîâðåìåííîì âîçäåéñòâèè òîëüêî äâóõ ôàêòîðîâ, à èìåííî
– ïðè èìïóëüñíîì îáëó÷åíèè â ÂÓÔ, ÓÔ è âèäèìîé îáëàñòÿõ ñïåêòðà (12,3 Äæ/ñì2) îò èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ ìàêåòà èìèòàòîðà ÏÎÒÎÊ-ÂÓÔ/ÑÄÐ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ è âûäåðæêå â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ ñ ðàçðåæåíèåì äî 3×10–6 ìì ðò. ñò. â òå÷åíèå 240 ÷, èëè
– ïðè òåðìîöèêëèðîâàíèè â äèàïàçîíå 20–90 °Ñ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ è âûäåðæêå â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ ñ ðàçðåæåíèåì äî 3×10–6 ìì ðò. ñò. â òå÷åíèå 240 ÷ èçìåíåíèÿ öâåòà è õàðàêòåðà ïîêðûòèé ó ýòèõ îáðàçöîâ íå îáíàðóæåíî. Öâåò îñòàëñÿ òåìíîôèîëåòîâûì, ïîâåðõíîñòü – çåðêàëüíîé, êàê è äî èñïûòàíèé, “îñòðîâêîâûé” õàðàêòåð ïîâåðõíîñòíîãî ðåëüåôà îòñóòñòâîâàë. Èíòåðôåðîãðàììû ó÷àñòêîâ ïîêðûòèÿ îáðàçöîâ ñâèäåòåëüñòâîâàëè î ñîõðàíåíèè âûñîêîãî îïòè÷åñêîãî êà÷åñòâà ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèÿ. Ñïåêòðû êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ îáðàçöîâ äî è ïîñëå èñïûòàíèé ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ ñîâïàäàëè âî âñåì äèàïàçîíå äëèí âîëí (2,4–12 ìêì). Òàêèì îáðàçîì, ýòè äâå ñîâîêóïíîñòè ôàêòîðîâ ïðè äàííûõ óðîâíÿõ èõ ïàðàìåòðîâ íå ÿâëÿþòñÿ ïîâðåæäàþùèìè.
Ïðè ðàñøèðåíèè òåìïåðàòóðíîãî äèàïàçîíà èñïûòàíèé ñ ìíîãîêðàòíûì òåðìîöèêëèðîâàíèåì â äèàïàçîíå –20…+160 °Ñ ñî ñðåäíåé ñêîðîñòüþ íàãðåâà 6 ãðàä/ìèí è ñðåäíåé ñêîðîñòüþ îõëàæäåíèÿ 3 ãðàä/ìèí íà øåñòîì öèêëå (ñïóñòÿ 9 ÷ ïîñëå íà÷àëà èñïûòàíèé) îäèí èç òðåõ îáðàçöîâ ðàñêîëîëñÿ ïîïîëàì. Ïîñëå âûäåðæêè â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ ñ ðàçðåæåíèåì îêîëî 3×10–6 ìì ðò. ñò. â òå÷åíèå 240 ÷ íà ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ âèçóàëüíî îáíàðóæåíî ëîêàëüíîå èçìåíåíèå öâåòà è õàðàêòåðà ïîêðûòèÿ – ïîÿâëåíèå ó÷àñòêîâ íåðàâíîìåðíîãî ïîêðûòèÿ æåëòîâàòîãî öâåòà ñî ñëåäàìè âñïó÷èâàíèÿ .
Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé îáðàçöîâ â óñëîâèÿõ ðàçäåëüíîãî âîçäåéñòâèÿ óêàçàííûõ âûøå ôàêòîðîâ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ ïîêàçàëè âûñîêóþ óñòîé÷èâîñòü ïîêðûòèÿ ê ðàçäåëüíîìó âîçäåéñòâèþ òàêèõ ôàêòîðîâ, êàê
– òåðìîöèêëèðîâàíèå â äèàïàçîíå 20–90 °Ñ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ,
– âûäåðæêà â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ ñ ðàçðåæåíèåì äî 3×10–6 ìì ðò. ñò. â òå÷åíèå 240 ÷,
– èìïóëüñíîå îáëó÷åíèå â ÂÓÔ, ÓÔ è âèäèìîé îáëàñòÿõ ñïåêòðà (âïëîòü äî 12,3 Äæ/ñì2) â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ.
Ìåíåå óñòîé÷èâû ñâîéñòâà ïîêðûòèÿ è ïîäëîæêè îêàçàëèñü ïðè ìíîãîêðàòíîì òåðìîöèêëèðîâàíèè â äèàïàçîíå –20…+160 °Ñ ñî ñðåäíåé ñêîðîñòüþ íàãðåâà 6 ãðàä/ìèí è ñðåäíåé ñêîðîñòüþ îõëàæäåíèÿ 3 ãðàä/ìèí. Ïðè ýòîì íàáëþäàëèñü èçìåíåíèÿ öâåòà è õàðàêòåðà ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèÿ, ÷àñòü îáðàçöîâ ðàñêàëûâàëàñü.
Ïðè íåïðåðûâíîì îáëó÷åíèè â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ íà ðàññòîÿíèè 5 ñì îò èñòî÷íèêà ÏÂÈ-02 â òå÷åíèå 8 ÷ (îêîëî 6 Äæ/ñì2) òàêæå íàáëþäàëèñü ëîêàëüíûå èçìåíåíèÿ öâåòà è õàðàêòåðà ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèÿ (ðèñ. 3). Îäíàêî ñïåêòðû êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ ýòèõ îáðàçöîâ äî è ïîñëå èñïûòàíèé ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ ñîâïàäàþò âî âñåì äèàïàçîíå äëèí âîëí îò 2,4 äî 12 ìêì.
Ñàìîå çíà÷èòåëüíîå èçìåíåíèå ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ â óñëîâèÿõ ðàçäåëüíîãî âîçäåéñòâèÿ íàáëþäàëîñü ïðè îáäóâå âûñîêîñêîðîñòíûì ïîòîêîì ðåëàêñèðóþùåé ïëàçìû (ðèñ. 1â, 1å, îáðàçåö ¹ 5–1Ð) è â çíà÷èòåëüíî ìåíüøåé ñòåïåíè – ïðè âûñîêîñêîðîñòíîì ïîòîêå ìèêðî÷àñòèö. Âîçäåéñòâèå íàáåãàþùåãî ïîòîêà ðåëàêñèðóþùåé ïëàçìû, ïî íàøåìó ìíåíèþ, ÿâëÿåòñÿ ãëàâíûì ïîâðåæäàþùèì ôàêòîðîì äëÿ ïîêðûòèÿ èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà èç âñåõ âîçäåéñòâèé, êîòîðûì ïîäâåðãàëèñü îáðàçöû ðàçäåëüíî. Ýòî ïîäòâåðæäàþò ñïåêòðû êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ îáðàçöîâ, ïîäâåðãíóòûõ ðàçäåëüíîìó èñïûòàíèþ: îíè ñâèäåòåëüñòâóþò î ïîëíîé äåãðàäàöèè íàíåñåííîãî ïðîñâåòëÿþùåãî ýôôåêòà ïîêðûòèÿ èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà è çíà÷èòåëüíîì
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
77
(à) (â) (á) (ã)
Ðèñ. 3. Èíòåðôåðîãðàììû (à, á) è ìèêðîôîòîãðàôèè (â, ã) ó÷àñòêà ïîâåðõíîñòè îáðàçöà ¹4–1Ð äî (à, â) è ïîñëå (á, ã) èñïûòàíèé.
ïàäåíèè êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ îáðàçöîâ âî âñåì äèàïàçîíå äëèí âîëí îò 2,4 äî 12 ìêì (ðèñ. 4).
Áîëåå äåòàëüíûé àíàëèç ñîñòîÿíèÿ ïîâåðõíîñòè îáðàçöà ¹ 5–1Ð ïîñëå âîçäåéñòâèÿ âûñîêîñêîðîñòíûì ïîòîêîì ðåëàêñèðóþùåé ïëàçìû áûë ïðîâåäåí ñ èñïîëüçîâàíèåì ìåòîäà ýëåêòðîííîãî ñïåêòðàëüíîãî õèìè÷åñêîãî àíàëèçà [14]. Íà îáçîðíîì ñïåêòðå âåðõíåãî ñëîÿ ïîâåðõíîñòè îáðàçöà ¹ 5–1Ð îáíàðóæåíû ëèíèè õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ èç ñîñòàâà îïòè÷åñêîãî ïîêðûòèÿ (ñâèíöà Pb 4f ñ àòîìíîé êîíöåíòðàöèåé îêîëî 3,2%, ôòîðà F 1s ñ àòîìíîé êîíöåíòðàöèåé 0,7%), èç ñîñòàâà ïîäëîæêè (ñåëåíà Se 3d5 ñ àòîìíîé êîíöåíòðàöèåé 0,9%, îëîâà Sn 3d5 – 0,2%) è èç ñîñòàâà íàáåãàþùåãî ïîòîêà ïëàçìû (êèñëîðîäà Î 1s c àòîìíîé êîíöåíòðàöèåé 13,5%, óãëåðîäà Ñ 1s – 80,2%). Ïîñëå òðàâëåíèÿ ïîâåðõíîñòè îáðàçöà ¹ 5–1Ð èîíàìè àðãîíà ñ ýíåðãèåé 5 êý â òå÷åíèå 10 ìèí äî ãëóáèíû 1,0 ìêì íà îáçîðíîì ñïåêòðå òàêæå ïðèñóòñòâóþò ëèíèè õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ èç ñîñòàâà îïòè÷åñêîãî ïîêðûòèÿ (ñâèíöà Pb 4f ñ àòîìíîé êîíöåíòðàöèåé îêîëî 8,1%, ôòîðà F 1s ñ àòîìíîé êîíöåíòðàöèåé 6,3%) , èç ñîñòàâà ïîäëîæêè (ñåëåíà Se 3d5 ñ àòîìíîé êîíöåíòðàöèåé
Ò, îòí. åä. 1
1
0,5
2
0 3
4
5 7 9 11 λ, ìêì
Ðèñ. 4. Ñïåêòð êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ Ò îáðàçöà ¹ 5–1Ð äî (1) è ïîñëå (2) èñïûòàíèé.
13,5%, îëîâà Sn 3d5 – 2,5%, ñóðüìû Sb 3d5 – 3,6%, ìûøüÿêà As 3d5 – 6,4%) è èç ñîñòàâà íàáåãàþùåãî ïîòîêà ïëàçìû (óãëåðîäà Ñ 1s – 58,6%). Ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î ñóùåñòâåííîì èçìåíåíèè õèìè-
78 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
÷åñêîãî ñîñòàâà ñëîÿ. Äàëüíåéøàÿ îáðàáîòêà ðåíòãåíîýëåêòðîííûõ ñïåêòðîâ ïîâåðõíîñòè îáðàçöà ¹ 5–1Ð íà ãëóáèíå 0,5–1,0 ìêì ïîêàçàëà, ÷òî ïîâðåæäåíèÿ îïòè÷åñêîãî ïîêðûòèÿ è ïîäëîæêè çíà÷èòåëüíû è åãî õèìè÷åñêèé ñîñòàâ íå ñîîòâåòñòâóåò èñõîäíîìó ñîñòàâó ïðîñâåòëÿþùåãî ñëîÿ. Èñïîëüçóÿ îñíîâíûå çàêîíîìåðíîñòè èçìåíåíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ çíà÷åíèé ýíåðãèè ñâÿçè â ðåíòãåíîýëåêòðîííûõ ñïåêòðàõ è âëèÿíèå ñòåïåíè îêèñëåíèÿ àòîìîâ [15], óñòàíîâèëè, ÷òî íà ãëóáèíå 0,5 ìêì áî′ëüøàÿ ÷àñòü ôòîðà íàõîäèòñÿ â âèäå õèìè÷åñêîãî ñîåäèíåíèÿ SnF2 (67,3%) è ëèøü 19,05% ñîñòàâëÿåò èñõîäíûé ñîñòàâ äëÿ ïðîñâåòëÿþùåãî ïîêðûòèÿ PbF2. Äëÿ ñâèíöà íà ãëóáèíå 0,5 ìêì îò ïîâåðõíîñòè îñíîâíàÿ åãî ÷àñòü íàõîäèòñÿ â âèäå õèìè÷åñêîãî ñîåäèíåíèÿ PbSe (58,2%), à òàêæå â âèäå ìåòàëëè÷åñêîãî ñâèíöà Pb (2,1%). Ýòî ÿâëÿåòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûì äîêàçàòåëüñòâîì äåãðàäàöèè èñõîäíîãî îïòè÷åñêîãî ïîêðûòèÿ â õîäå èñïûòàíèé ñ èñïîëüçîâàíèåì âîçäåéñòâèÿ âûñîêîñêîðîñòíûì ïîòîêîì ðåëàêñèðóþùåé ïëàçìû. Ïðè ýòîì õèìè÷åñêèé ñîñòàâ ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ â çàâèñèìîñòè îò ãëóáèíû îïðåäåëÿåòñÿ ñîñòàâîì íàáåãàþùåãî ïîòîêà ïëàçìû, ïåðâîíà÷àëüíûì ñîñòàâîì ïðîñâåòëÿþùåãî ïîêðûòèÿ è ìàòåðèàëà ïîäëîæêè.
Ñîïîñòàâëåíèå âñåõ ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ ìîäåëèðîâàíèÿ âîçäåéñòâèé íà ïðîñâåòëÿþùåå ïîêðûòèå èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà íà ïîäëîæêå èç ñòåêëà ÈÊÑ-25 ñ îñíîâíûìè ôàêòîðàìè êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà íà íèçêèõ îêîëîçåìíûõ îðáèòàõ ïîêàçàëî ñëåäóþùåå:
1. Âàêóóì.  íàøèõ èñïûòàíèÿõ ïðîñâåòëÿþùåãî ïîêðûòèÿ èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà íà ïîäëîæêå ÈÊÑ-25 ñòåïåíü îòêà÷êè äî 10–7–10–5 ìì ðò. ñò ñîîòâåòñòâóåò âûñîòå ïîëåòà ÊÀ íà íèçêèõ îðáèòàõ (îêîëî 200–300 êì). Âðåìÿ âûäåðæêè èñïûòóåìûõ îáðàçöîâ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ ïîðÿäêà 240 ÷ (10 ñóòîê) îïðåäåëÿëîñü èç óñëîâèÿ ñîïîñòàâèìîñòè äëèòåëüíîñòè âîçäåéñòâèÿ äðóãèõ ôàêòîðîâ, êîòîðûå ìîäåëèðîâàëèñü â íàøèõ ýêñïåðèìåíòàõ.
2. Èçëó÷åíèå Ñîëíöà. Ïðè ìîäåëèðîâàíèèè âîçäåéñòâèÿ íà ïðîñâåòëÿþùåå ïîêðûòèå èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà íà ïîäëîæêå ÈÊÑ-25 ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ Ñîëíöà íàìè ó÷èòûâàëàñü åãî ñðåäíÿÿ èíòåíñèâíîñòü, ðàâíîìåðíîñòü îáëó÷åíèÿ, ïàðàëëåëüíîñòü ëó÷åé, ñïåêòðàëüíûé ñîñòàâ èçëó÷åíèÿ. Óñëîâèÿ èñïûòàíèé îáðàçöîâ ñîîòâåòñòâîâàëè äëèòåëüíîñòè ñîëíå÷íîãî îáëó÷åíèÿ âáëèçè Lαëèíèè (îò 121 äî 122 íì) íà îðáèòå ïîðÿäêà 56 ÷. Îáëó÷åííîñòü â èìïóëüñå èñïîëüçóåìîãî èñòî÷/íèêà èçëó÷åíèÿ ÏÎÒÎÊ-ÂÓÔ/ÑÄÐ â ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå îò 180 äî 400 íì ñîñòàâëÿëà îêîëî 1,2 Äæ/ñì2, ÷òî â ýòîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå ñîîòâåòñòâóåò îáëó÷åíèþ íà îðáèòå â òå÷åíèå ïðèáëè-
çèòåëüíî 7 ÷. Îáëó÷åíèå îò èñòî÷íèêà ÏÂÈ-02 â òå÷åíèå 8 ÷àñîâ ñ ïëîòíîñòüþ ìîùíîñòè 3 ìÂò/ñì2 âáëèçè ëèíèè Lα èçëó÷åíèÿ àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñîîòâåòñòâóåò 139 ñóòêàì íàõîæäåíèÿ îáðàçöà íà îðáèòå.
3. Òâåðäûå ìèêðî÷àñòèöû. Ïðè ìîäåëèðîâàíèèè âîçäåéñòâèÿ ïîòîêà ìèêðî÷àñòèö â îêðåñòíîñòè Çåìëè íà âûñîòàõ íèæå 500 êì íà ïðîñâåòëÿþùåå ïîêðûòèå èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà íà ïîäëîæêå ÈÊÑ-25 íàìè ó÷èòûâàëèñü èõ ñ ìàññà (ïîðÿäêà 10–8 ã), ñðåäíèé ðàçìåð (0,1–100 ìêì), ïëîòíîñòü ïîòîêà (äî 104 ñì–2 ñ–1) è ñêîðîñòü (äî 30 êì/ñ). Óñëîâèÿ èñïûòàíèé îáðàçöîâ (îêîëî 102 ÷àñòèö/ñì2) ñîîòâåòñòâîâàëè äëèòåëüíîñòè èõ áîìáàðäèðîâêè ìèêðî÷àñòèöàìè íà îðáèòå ïîðÿäêà 280 ÷.
4. Íàáåãàþùèé ïîòîê èîíîñôåðíîé ïëàçìû è ñîáñòâåííàÿ àòìîñôåðà. Ïðè ìîäåëèðîâàíèèè âîçäåéñòâèÿ ïîòîêà èîíîñôåðíîé ïëàçìû â îêðåñòíîñòè Çåìëè, íà âûñîòàõ îêîëî 200 êì, íà ïðîñâåòëÿþùåå ïîêðûòèå èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà íà ïîäëîæêå ÈÊÑ-25 íàìè ó÷èòûâàëèñü ñîñòàâ èñïîëüçóåìîãî ïîòîêà (íåéòðàëüíûå àòîìû è èîíû êèñëîðîäà, âîäîðîäà), åãî ñêîðîñòü (äî 10 êì/ñ) è ïëîòíîñòü (äî 1023 ñì–2 ñ–1). Íåéòðàëüíûå àòîìû è èîíû óãëåðîäà, à òàêæå è åãî ñîåäèíåíèÿ â ñîñòàâå âîçäåéñòâóþùåãî ïîòîêà ìîæíî ïðèïèñàòü îêðóæàþùåé êîñìè÷åñêèé àïïàðàò åãî ñîáñòâåííîé àòìîñôåðå, ñôîðìèðîâàííîé â ïðîöåññå åãî æèçíåäåÿòåëüíîñòè. Óñëîâèÿ èñïûòàíèé îáðàçöîâ (îêîëî 1021 ÷àñòèö/ñì2 çà îäíó âñïûøêó) ñîîòâåòñòâîâàëè äëèòåëüíîñòè èõ îáäóâà èîíîñôåðíîé ïëàçìîé íà îðáèòå ïîðÿäêà 28 ÷.
Çàêëþ÷åíèå
Èñïîëüçîâàíèå ðàçðàáîòàííûõ íàìè ðàíåå íîâûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ìåòîäîâ ôèçè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ôàêòîðîâ êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà ïîêàçûâàåò âîçìîæíîñòü ïðîâîäèòü îöåíêó óñòîé÷èâîñòè îïòè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ è ïîêðûòèé íàðóæíûõ ýëåìåíòîâ ÎÝÀ ïðè ñîâìåñòíîì âîçäåéñòâèè îñíîâíûõ ïîâðåæäàþùèõ ôàêòîðîâ êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà â íàçåìíûõ èñïûòàíèÿõ.
 ðàìêàõ èñïîëüçîâàííûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ìåòîäîâ âîçäåéñòâèÿ ïîëó÷åíû äàííûå îá óñòîé÷èâîñòè ïðîñâåòëÿþùåãî ïîêðûòèÿ èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà íà ïîäëîæêå èç ñòåêëà ÈÊÑ-25 ê êîìïëåêñíîìó âîçäåéñòâèþ ðÿäà ïîâðåæäàþùèõ ÔÊÏ.  ÷àñòíîñòè, ïîêàçàíî ñëåäóþùåå:
1. Ïîêðûòèå èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà õàðàêòåðèçóåòñÿ âûñîêîé óñòîé÷èâîñòüþ ñâîéñòâ ëèøü ê ðàçäåëüíîìó âîçäåéñòâèþ òàêèõ ôàêòîðîâ, êàê
– òåðìîöèêëèðîâàíèå â äèàïàçîíå 20–90 °Ñ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ,
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
79
– âûäåðæêà â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ ñ ðàçðåæåíèåì îêîëî 3×10–6 ìì ðò. ñò. â òå÷åíèå 240 ÷,
– èìïóëüñíîå îáëó÷åíèå (äî 12 Äæ/ñì2) â ÂÓÔ, ÓÔ è âèäèìîé îáëàñòÿõ ñïåêòðà â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ.
2. Ìåíåå óñòîé÷èâû ïðîñâåòëÿþùèå ñâîéñòâà ïîêðûòèÿ ïðè ìíîãîêðàòíîì òåðìîöèêëèðîâàíèè îáðàçöîâ â äèàïàçîíå –20…+160 °Ñ ñî ñðåäíåé ñêîðîñòüþ íàãðåâà 6 ãðàä/ìèí è ñðåäíåé ñêîðîñòüþ îõëàæäåíèÿ 3 ãðàä/ìèí, à òàêæå ïðè íåïðåðûâíîì êîðîòêîâîëíîâîì îáëó÷åíèè äî 6 Äæ/ñì2.
3. Ïîëíàÿ äåãðàäàöèÿ ñâîéñòâ ïîêðûòèÿ èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà íàáëþäàåòñÿ ïðè ñîâìåñòíîì âîçäåéñòâèè èìïóëüñíîãî îáëó÷åíèÿ (12 Äæ/ñì2) â ÂÓÔ, ÓÔ è âèäèìîé îáëàñòÿõ ñïåêòðà, âûñîêîñêîðîñòíîãî ïîòîêà ðåëàêñèðóþùåé ïëàçìû (îêîëî 1021 ÷àñòèö/ñì2), âûñîêîñêîðîñòíîãî ïîòîêà ìèêðî÷àñòèö (îêîëî 102 ÷àñòèö/ñì2), òåðìîöèêëèðîâàíèÿ â äèàïàçîíå 20–90 °Ñ è ñ âûäåðæêîé â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ ñ ðàçðåæåíèåì îêîëî 3×10–6 ìì ðò. ñò. â òå÷åíèå 240 ÷.
Àâòîðû áëàãîäàðÿò çà âíèìàíèå è ïîääåðæêó ðàáîòû È.Þ. Äìèòðèåâà (ÔÃÓÏ ÍÈÈÊÈ ÎÝÏ), À.Ë. Øàõìèíà (ÐÍÖ “Ïðèêëàäíàÿ õèìèÿ”, ÑàíêòÏåòåðáóðã) çà ðåãèñòðàöèþ è îáðàáîòêó ðåíòãåíîýëåêòðîííûõ ñïåêòðîâ, à òàêæå Å.Ô. Ìèõàéëîâà (ÍÈÈ ôèçèêè èì. Â.À. Ôîêà ÑÏáÃÓ, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã) è Â.Ã. Äîêó÷àåâà (ÔÃÓÏ ÍÈÈÊÈ ÎÝÏ) çà ïîëåçíûå ñîâåòû è çàìå÷àíèÿ.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Áàðáàøåâ Å.À., Äóøèí Ì.È., Èâîíèí Þ.Í. Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé ïîëèìåðíûõ ìàòåðèàëîâ ïîñëå ýêñïîíèðîâàíèÿ â óñëîâèÿõ îòêðûòîãî êîñìîñà // Êîñìè÷åñêàÿ òåõíîëîãèÿ è ìàòåðèàëîâåäåíèå. Ì.: Íàóêà, 1982. Ñ. 78.
12. Àêèøèí À.È., Íîâèêîâ Ë.Ñ. Ìåòîäû èìèòàöèè âîçäåéñòâèÿ îêðóæàþùåé ñðåäû íà ìàòåðèàëû êîñìè÷åñêèõ àïïàðàòîâ. ×. 1. Ì.: Èçä-âî ÌÃÓ, 1986. 92 ñ.
13. Çàáåëèíà È.À. Âîçäåéñòâèå ôàêòîðîâ êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà íà îïòè÷åñêèå ïðèáîðû // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 1997. Ò. 64. ¹ 7. Ñ. 3–19.
14. Íàäåæíîñòü è ýôôåêòèâíîñòü â òåõíèêå: Ñïðàâî÷íèê. Ò. 10. Ñïðàâî÷íûå äàííûå ïî óñëîâèÿì ýêñïëóàòàöèè
è õàðàêòåðèñòèêàì íàäåæíîñòè / Ïîä ðåä. Â.À. Êóçíåöîâà. Ì.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1990. Ñ. 160–193.
15. Àíäåðñåí Ã.È., Çàèòîâ Ô.À., Ïàíåâèí Ò.Ì. Îñîáåííîñòè âîçäåéñòâèÿ èîíèçèðóþùåãî è ñâåòîâîãî èçëó÷åíèÿ íà õàðàêòåðèñòèêè ÔÏÓ ÈÊ äèàïàçîíà. Âîïðîñû îöåíêè ñòîéêîñòè ÐÝÀ ê âîçäåéñòâèþ ÈÈ, ÝÌÈ, ÈÈÊÏ. Ì., 1988.
16. Âàñèëüåâ Ì.Ô., Ãåðàñþê À.Ê., Ãîåâ À.È., Êèðèëåíêî Â.Â., Íîçäðà÷åâ À.Â., Ïîòåëîâ Â.Â., Ñåíèê Á.Í., Ñóõà÷åâ À.Á. Ïðèìåíåíèå íîâûõ ïëåíêîîáðàçóþùèõ ìàòåðèàëîâ – öèðêîíàòà ãàäîëèíèÿ è öèðêîíàòà ëþòåöèÿ – äëÿ ïîëó÷åíèÿ âûñîêîêà÷åñòâåííûõ îïòè÷åñêèõ ïîêðûòèé // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2007. Ò. 74. ¹ 10. Ñ. 79–84.
17. Êàëàøíèêîâ Å.Â., Áåäðèí À.Ã., Ðà÷êóëèê Ñ.Í., Æèëèí À.Í., Ýëüö Â.Ê. ÂÓÔ-ñïåêòðû èçëó÷åíèÿ ýðîçèîííîé ïëàçìû ñòðóè ñèëüíîòî÷íîãî äèàôðàãìåííîãî ðàçðÿäà â âàêóóìå // ÒÂÒ. 2005. Ò. 43. ¹ 1. Ñ. 32–38.
18. Êàëàøíèêîâ Å.Â., Êîñòèöûíà Ò.Ã. Ýêñïåðèìåíòàëüíîå èññëåäîâàíèå êèíåòèêè ñîñòîÿíèÿ Â2Σ+ ðàäèêàëîâ öèàíà ÑN â ñòðóå äèàôðàãìåííîãî ðàçðÿäà íà ñòàäèè ïîñëåñâå÷åíèÿ // Îïò. è ñïåêòð. 1995. Ò. 78. ¹ 1. Ñ. 60–64.
19. Êàëàøíèêîâ Å.Â., Ðà÷êóëèê Ñ.Í. Ñïîñîá ïîëó÷åíèÿ ïîòîêà ìèêðî÷àñòèö è óñòðîéñòâî äëÿ åãî îñóùåñòâëåíèÿ // Ïàòåíò ÐÔ 2220518. 2003.
10. Êàëàøíèêîâ Å.Â. Èçëó÷åíèå è ïðîâîäèìîñòü ñòðóè ïëàçìû äèàôðàãìåííîãî ðàçðÿäà â âàêóóìå // ÒÂÒ. 1995. Ò. 33. ¹ 3. Ñ. 339–345.
11. Êàëàøíèêîâ Å.Â. Ðàäèàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå äàâëåíèÿ â ñòðóå ïëàçìû ñèëüíîòî÷íîãî äèàôðàãìåííîãî ðàçðÿäà â âàêóóìå // ÒÂÒ. 1996. Ò. 34. ¹ 4. Ñ. 501–505.
12. Äàíèëîâ Ì.Ô., Êàëàøíèêîâ Å.Â. Êîìïîíåíòíûé ñîñòàâ îáîëî÷êè ïëàçìåííîé ñòðóè äèàôðàãìåííîãî ðàçðÿäà â âàêóóìå // ÒÂÒ. 1996. Ò. 34. ¹ 4. Ñ. 501–505.
13. Êàëàøíèêîâ Å.Â., Ðà÷êóëèê Ñ.Í. Èññëåäîâàíèå ðàäèàöèîííûõ ïîâðåæäåíèé â èîííûõ êðèñòàëëàõ ôòîðèäà êàëüöèÿ â óñëîâèÿõ ìîùíîãî âîçäåéñòâèÿ âàêóóìíîãî óëüòðàôèîëåòîâîãî è óëüòðàôèîëåòîâîãî èçëó÷åíèÿ // ÆÒÔ. 2007. Ò. 77. Â. 5. Ñ. 69–74.
14. Íåôåäîâ Â.È., ×åðåïèí Â.Ò. Ôèçè÷åñêèå ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ ïîâåðõíîñòè òâåðäûõ òåë. Ì.: Íàóêà, 1983. 296 ñ.
15. Íåôåäîâ Â.È. Ðåíòãåíî-ýëåêòðîííàÿ ñïåêòðîñêîïèÿ õèìè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé. Ñïðàâî÷íèê. Ì.: Õèìèÿ, 1984. 256 ñ.
80 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÑÎÂÌÅÑÒÍÎÃÎ ÂÎÇÄÅÉÑÒÂÈß ÂÛÑÎÊÎÑÊÎÐÎÑÒÍÛÕ ÏÎÒÎÊΠÌÅËÊÎÄÈÑÏÅÐÑÍÛÕ ×ÀÑÒÈÖ, ÏËÀÇÌÛ È ÊÎÐÎÒÊÎÂÎËÍÎÂÎÃÎ ÈÇËÓ×ÅÍÈß ÍÀ ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÌÀÒÅÐÈÀËÛ ÏÐÈ ÒÅÐÌÎÖÈÊËÈÐÎÂÀÍÈÈ Â ÂÀÊÓÓÌÍÛÕ ÓÑËÎÂÈßÕ
2008 ã.
Å. Â. Êàëàøíèêîâ, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê; Ñ. Í. Ðà÷êóëèê ÍÈÈ êîìïëåêñíûõ èñïûòàíèé îïòèêî-ýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ è ñèñòåì, ã. Ñîñíîâûé Áîð, Ëåíèíãðàäñêàÿ îáë. E-mail: evk@sbor.net
Ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòàëüíîãî èññëåäîâàíèÿ äåãðàäàöèè ñåðèéíîãî îïòè÷åñêîãî ïîêðûòèÿ èç ôòîðèäà ñâèíöà íà ïîäëîæêå èç õàëüêîãåíèäíîãî ñòåêëà ÈÊÑ-25 ïîñëå ñîâìåñòíîãî âîçäåéñòâèÿ âûñîêîñêîðîñòíûõ ïîòîêîâ òâåðäûõ ìèêðî÷àñòèö (óãëåðîäñîäåðæàùèõ ìèêðî÷àñòèö ðàçìåðîì 0,1–200 ìêì, ñî ñêîðîñòüþ 0,1–30 êì/ñ è ïëîòíîñòüþ ïîòîêà äî 104 ñì–2 ñ–1), ðåëàêñèðóþùåé ïëàçìû (ñ êîíöåíòðàöèåé àòîìîâ è èîíîâ êèñëîðîäà, óãëåðîäà, âîäîðîäà, àçîòà è èõ ñîåäèíåíèé îêîëî 1014–1017 ñì–3, ïëîòíîñòüþ ïîòîêà äî 1023 ñì–2 ñ–1 è ñêîðîñòüþ ïîòîêà äî 10 êì/ñ), êîðîòêîâîëíîâîãî èçëó÷åíèÿ (ñ ýêñïîçèöèåé 0,1 Äæ/ñì2 â âàêóóìíîì óëüòðàôèîëåòîâîì äèàïàçîíå äëèí âîëí 90–180 íì è 1,2 Äæ/ñì2 â óëüòðàôèîëåòîâîì ñ äëèíàìè âîëí 180–400 íì) â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ (ñ îòêà÷êîé äî 10–7–10–5 ìì ðò. ñò.) ïðè òåðìîöèêëèðîâàíèè (â òåìïåðàòóðíîì äèàïàçîíå –20…+160 °Ñ). Äàíà îöåíêà âîçìîæíîñòè ôèçè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ îïèñàííûìè ìåòîäàìè âîçäåéñòâèÿ íà îïòè÷åñêèå ìàòåðèàëû îñíîâíûõ ïîâðåæäàþùèõ ôàêòîðîâ íà íèçêèõ îêîëîçåìíûõ îðáèòàõ.
Êîäû OCIS: 350.1850, 350.5400.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 20.05.2008.
Ââåäåíèå
 îïòè÷åñêîé àïïàðàòóðå ðàçëè÷íîãî íàçíà÷åíèÿ (íàáëþäàòåëüíîé, àñòðîíàâèãàöèîííîé, ôîòîãðàôè÷åñêîé è äð.), ðàáîòàþùåé â êîñìè÷åñêîì ïðîñòðàíñòâå, êàê âíóòðè ëåòàòåëüíîãî àïïàðàòà, òàê è â îòêðûòîì êîñìîñå øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ ðàçëè÷íûå îïòè÷åñêèå ìàòåðèàëû è ïîêðûòèÿ, à òàêæå êëåè äëÿ ñêëåéêè îïòè÷åñêèõ äåòàëåé. Ïåðâîñòåïåííîå çíà÷åíèå äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ðàáîòîñïîñîáíîñòè îïòè÷åñêîé àïïàðàòóðû, îñîáåííî ïðè äëèòåëüíîì íàõîæäåíèè â êîñìîñå è â çîíàõ ñ ïîâûøåííîé ðàäèàöèåé, èìååò çíàíèå ñòîéêîñòè ýòîé ãðóïïû ìàòåðèàëîâ ê âîçäåéñòâèþ ðàçëè÷íûõ ôàêòîðîâ îêðóæàþùåé ñðåäû.
Ñ 80-õ ãîäîâ ñèñòåìàòè÷åñêèå èññëåäîâàíèÿ ñòîéêîñòè îïòè÷åñêèõ ïîêðûòèé è êëååâ ïðîâîäèëèñü â ÃÎÈ èì. Ñ.È. Âàâèëîâà ñîâìåñòíî ñ Èíñòèòóòîì àòîìíîé ýíåðãèè èì. Ñ.Â. Êóð÷àòîâà ÀÍ ÑÑÑÐ, Èíñòèòóòîì ÿäåðíîé ôèçèêè ÌÃÓ è ðÿäîì äðóãèõ îðãàíèçàöèé ñ èñïîëüçîâàíèåì ðàçëè÷íûõ èñòî÷íèêîâ èîíèçèðóþùåé ðàäèàöèè. Èññëåäîâàëèñü îïòè÷åñêèå ïîêðûòèÿ ðàçëè÷íîãî íàçíà÷åíèÿ: ïðîñâåòëÿþùèå, îòðàæàþùèå, ñâåòîäåëèòåëüíûå, óçêîïîëîñíûå ôèëüòðû, òîêîïðîâîäÿùèå, çàùèòíûå, ñâåòîïîãëîùàþùèå, à òàêæå îïòè÷åñêèå êëåè.
 ýòèõ èññëåäîâàíèÿõ, â îòëè÷èå îò íàòóðíûõ èñïûòàíèé íà âîçâðàùàåìûõ îáúåêòàõ èñêóññòâåííûõ ñïóòíèêîâ Çåìëè, íå âñåãäà ó÷èòûâàëîñü ñîâìåñòíîå âîçäåéñòâèå îñíîâíûõ ïîâðåæäàþùèõ ôàê-
òîðîâ êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà (ÔÊÏ) íà îðáèòå êîñìè÷åñêîãî àïïàðàòà (ÊÀ) ñ îïòèêî-ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðîé (ÎÝÀ), õîòÿ ðåçóëüòàò âîçäåéñòâèÿ òàêîãî õàðàêòåðà ìîæåò áûòü î÷åíü çíà÷èòåëüíûì.  ÷àñòíîñòè, ñîëíå÷íîå èçëó÷åíèå, ðàññåèâàåìîå íà ÷àñòèöàõ ñîáñòâåííîé àòìîñôåðû ÊÀ, ïîïàäàÿ â ïîëå çðåíèÿ ÎÝÀ, ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííûì ôîíîâûì ïîìåõàì. Öèêëè÷åñêîå äåéñòâèå ôîòîííîãî èçëó÷åíèÿ ñî ñïåêòðàëüíûì ñîñòàâîì èçëó÷åíèÿ çààòìîñôåðíîãî Ñîëíöà â ñîâîêóïíîñòè ñ öèêëè÷åñêèì äåéñòâèåì òåìïåðàòóðû (îò –190 °Ñ äî +125 °Ñ) íà îòêðûòóþ ïîâåðõíîñòü ÊÀ, ñîäåðæàùóþ, êàê ïðàâèëî, òåïëîçàùèòíûå ìàòåðèàëû îáøèâêè, ïðèâîäèò ê çíà÷èòåëüíîé ýðîçèè ìàòåðèàëîâ [1] è, âñëåäñòâèå ýòîãî, ê âîçäåéñòâèþ ïðîäóêòîâ ýðîçèè íà îïòèêó èëëþìèíàòîðîâ è âõîäíûõ îêîí àïïàðàòóðû. Ïðè ýòîì ñîëíå÷íîå èçëó÷åíèå, ñîäåðæàùåå ñîñòàâëÿþùèå óëüòðàôèîëåòîâîãî (ÓÔ) è âàêóóìíîãî ÓÔ (ÂÓÔ) èçëó÷åíèÿ, ïîðàæàåò ñðàâíèòåëüíî òîíêèé ñëîé ìàòåðèàëà (äî 20 ìêì) è ïîâåðõíîñòü ïîñëå ýêñïîçèöèè èìååò ìîðôîëîãè÷åñêóþ ñòðóêòóðó, áëèçêóþ ê ñòðóêòóðå ïîñëå òðàâëåíèÿ â ïëàçìåííûõ óñëîâèÿõ âûñîêî÷àñòîòíîãî ðàçðÿäà. Îäíèì èç ñëåäñòâèé òàêîãî âîçäåéñòâèÿ ÿâëÿåòñÿ âîçíèêíîâåíèå ýëåêòðîííîé è èîííîé ýìèññèè ñ îáëó÷àåìûõ ïîâåðõíîñòåé, ïðèâîäÿùåé ê ôîðìèðîâàíèþ ïëàçìåííîé îáîëî÷êè, îêðóæàþùåé àïïàðàò, è ê ýëåêòðèçàöèè ïîâåðõíîñòåé ÊÀ. Âñå ýòè ôàêòîðû ñîçäàþò ôîíîâûå çàñâåòêè ÎÝÀ, âîçäåéñòâóþò íà âíåøíèå ïîêðûòèÿ îïòè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ ïðîäóê-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
73
òîâ ïëàçìåííîé îáîëî÷êè, à ýòî, â ñâîþ î÷åðåäü, ïðèâîäèò ê îñàæäåíèþ íà îïòèêó ïûëåâèäíûõ ñòðóêòóð, ðàçðóøåíèþ ïðîñâåòëÿþùèõ è çàùèòíûõ ïîêðûòèé è äðóãèì ôèçè÷åñêèì ýôôåêòàì.
 íàó÷íî-òåõíè÷åñêîé ëèòåðàòóðå [2–4] ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé, ïîëó÷åííûå êàê â õîäå íàçåìíûõ èñïûòàíèé, òàê è âî âðåìÿ ïîëåòîâ êîñìè÷åñêèõ àïïàðàòîâ, ïîêàçûâàþò, ÷òî îñíîâíûìè ïîâðåæäàþùèìè ôàêòîðàìè îêîëîçåìíîãî êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà (ÎÊÏ), âëèÿþùèìè íà ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà îïòè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ, ÿâëÿþòñÿ âàêóóì, ÂÓÔ, ÓÔ è êîðïóñêóëÿðíîå èçëó÷åíèå, òåðìîöèêëèðîâàíèå, àòîìàðíûé êèñëîðîä, ïîòîêè ìèêðîìåòåîðîèäîâ è êîñìè÷åñêèé ìóñîð, õàðàêòåð âîçäåéñòâèÿ êîòîðûõ ïðåäñòàâëåí â òàáëèöå.
Îòäåëüíóþ ãðóïïó ñîñòàâëÿþò îïòè÷åñêèå ìàòåðèàëû äëÿ ÈÊ îáëàñòåé ñïåêòðà, èñïîëüçóåìûå â ÎÝÀ. Ýòî áåñêèñëîðîäíûå ñòåêëà, ãåðìàíèé, êðåìíèé, ñàïôèð, ñîåäèíåíèÿ èíäèÿ, òåëëóðà è íåêîòîðûå äðóãèå ìàòåðèàëû. Îïòè÷åñêèå ôèëüòðû è âõîäíûå îêíà èç äàííûõ ìàòåðèàëîâ íå ïðîïóñêàþò ñâåò âïëîòü äî 1,5–3 ìêì, ïîýòîìó ïðè âîçäåéñòâèè øèðîêîïîëîñíîãî èçëó÷åíèÿ Ñîëíöà è èñêóññòâåííûõ âçðûâíûõ èñòî÷íèêîâ ñâåòà îíè ñèëüíî ðàçîãðåâàþòñÿ. Ïðè ýòîì ñâåò ïðàêòè÷åñêè íå ïîïàäàåò íà ôîòîïðèåìíûå óñòðîéñòâà è êîíöåíòðèðóåòñÿ íà âõîäíîé îïòèêå. Ðàíåå [5] äëÿ îêîí èç ðÿäà ìàòåðèàëîâ áûëè îïðåäåëåíû ïîðîãè ñòîéêîñòè, âûøå êîòîðûõ íà÷èíàëîñü èõ ïîâðåæäåíèå.  ÷àñòíîñòè, äëÿ îêîí èç íåïðîñâåòëåííîãî ãåðìàíèÿ ïîðîã ñòîé-
êîñòè, âûøå êîòîðîãî íà÷èíàåòñÿ ðàñòðåñêèâàíèå îáðàçöà, ñîñòàâëÿåò 315 Äæ/ñì2, äëÿ ïîêðûòèé SiO2, ZnS – îêîëî 420 Äæ/ñì2. Ïðè èìïóëüñíîì âîçäåéñòâèè øèðîêîïîëîñíîãî èçëó÷åíèÿ íà äàííûå ìàòåðèàëû îáíàðóæåíà çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ îáðàçöîâ îò ïëîòíîñòè ýíåðãèè ïàäàþùåãî ñâåòîâîãî ïîòîêà. Íàïðèìåð, ïîñëå îáëó÷åíèÿ èìïóëüñîì äëèòåëüíîñòüþ ïîðÿäêà 1 ìñ ñ ýêñïîçèöèåé 150 Äæ/ñì2 êîýôôèöèåíòû ïðîïóñêàíèÿ â îáëàñòè äëèí âîëí îò 3 äî 25 ìêì ïðîñâåòëÿþùèõ ïîêðûòèé òèïà Si3N4 íà ïîäëîæêå èç ãåðìàíèÿ è ZrO2 íà ïîäëîæêå èç êðåìíèÿ óìåíüøàþòñÿ íà 8–20%, õîòÿ õàðàêòåð ñïåêòðàëüíîé çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ ïðè ýòîì íå èçìåíÿåòñÿ. Äëÿ ñðàâíåíèÿ ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî èçìåðåííûé óðîâåíü ëó÷åâîé ëàçåðíîé ïðî÷íîñòè ïðîñâåòëÿþùèõ ñåðèéíûõ ïîêðûòèé ZrO2, ïî äàííûì [6], åùå íèæå è ñîñòàâëÿåò 50 Äæ/ñì2 íà äëèíå âîëíû 1,06 ìêì â ìíîãîìîäîâîì ðåæèêå ðàáîòû ëàçåðà ïðè äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà 50 íñ è äèàìåòðå çîíû îáëó÷åíèÿ 0,7 ìì ñ ÷àñòîòîé ïîâòîðåíèÿ âñïûøåê íå ìåíåå 1 âñïûøêè â ìèíóòó.
 äàííîé ðàáîòå ïðîâåäåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ õàðàêòåðà èçìåíåíèé ìîðôîëîãèè ïîâåðõíîñòè è ñïåêòðàëüíîãî ïðîïóñêàíèÿ îïòè÷åñêîãî ïðîñâåòëÿþùåãî ïîêðûòèÿ èç ôòîðèäà ñâèíöà íà ïîäëîæêå èç õàëüêîãåíèäíîãî ñòåêëà ÈÊÑ-25 â õîäå êîìïëåêñíûõ èñïûòàíèé â ëàáîðàòîðíûõ óñëîâèÿõ. Ïðîâåäåíà îöåíêà âîçìîæíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ðàçðàáîòàííûõ íàìè ðàíåå ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ìåòîäîâ äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ ñîâìåñòíîãî âîç-
Õàðàêòåð âîçäåéñòâèÿ îñíîâíûõ ïîâðåæäàþùèõ ôàêòîðîâ êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà íà îïòè÷åñêèå ìàòåðèàëû
ÔÊÏ Âàêóóì
Íîìèíàëüíûå ïðåäåëû èçìåíåíèÿ ïàðàìåòðîâ ôàêòîðà
Äàâëåíèå 10–3–10–12 Ïà
ÂÓÔ/ÓÔ èçëó÷åíèå Ñîëíöà Ìèêðîìåòåîðèòíûå ïîòîêè è ìåëêîäèñïåðñíûé ìóñîð Ïîòîêè ýëåêòðîíîâ
Ïîòîêè ïðîòîíîâ
Àòîìàðíûé êèñëîðîä
Òåðìîöèêëèðîâàíèå
Äëèíà âîëíû 100–400 íì ßðêîñòü 3×10–4–0,14 Âò/ñì2 ñð
Ðàçìåðû ÷àñòèö ìåíåå 1ìì Ïëîòíîñòè ïîòîêà 10–5–100 ì–2 ñ–1 Ñêîðîñòè ÷àñòèö 0,1–72 êì/ñ
Ýíåðãèÿ ÷àñòèö 10 êý–4 Ìý Ïëîòíîñòü ïîòîêà 108 ì–2ñ–1
Ýíåðãèÿ ÷àñòèö 10 êý–4 Ìý Ïëîòíîñòü ïîòîêà 108 ì–2 ñ–1
Ýíåðãèÿ ÷àñòèö 5 ý Ïëîòíîñòü ïîòîêà äî 1016 ñì–2 ñ–1 Ñêîðîñòü 0,1–10 êì/ñ
Èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû ìàòåðèàëà –190 °Ñ …+125 °Ñ
Õàðàêòåð îñíîâíîãî âîçäåéñòâèÿ íà ìàòåðèàëû
Äåãàçàöèÿ, óäàëåíèå âëàãè è ðàñòâîðèòåëåé, ïðèâîäÿùèå ê èçìåíåíèþ ðàçìåðîâ è ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ ýëåìåíòîâ êîíñòðóêöèè Äåãðàäàöèÿ çàùèòíûõ ïîêðûòèé, ïîìóòíåíèå êëååâ, óìåíüøåíèå ïðåäåëà ïðî÷íîñòè íà ðàçðûâ Ýðîçèÿ ìàòåðèàëà êîðïóñà, òåïëîçàùèòû, ìåòàëëèçàöèÿ ó÷àñòêîâ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ è äèýëåêòðè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ, ïðîáîé çàùèòíûõ ïîêðûòèé
Ïîâðåæäåíèå ïîâåðõíîñòè è ãëóáèííûõ ñëîåâ ìàòåðèàëîâ, ýëåêòðèçàöèÿ ïîâåðõíîñòåé ÊÀ Äåãðàäàöèÿ ïîêðûòèé è ïîâåðõíîñòè êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ Ðàçðóøåíèå è âûòðàâëèâàíèå òîíêèõ ïîëèìåðíûõ ïëåíîê, ýðîçèÿ ïîëèìåðíûõ êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ
Îáðàçîâàíèå ìèêðîòðåùèí, êîðîáëåíèå, ïîâðåæäåíèå êðèòè÷íûõ ïîâåðõíîñòåé
74 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
äåéñòâèÿ íà îïòè÷åñêèå ìàòåðèàëû îñíîâíûõ ïîâðåæäàþùèõ ôàêòîðîâ êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà íà íèçêèõ îêîëîçåìíûõ îðáèòàõ, ê êîòîðûì îòíîñÿò â ïåðâóþ î÷åðåäü êîðîòêîâîëíîâîå èçëó÷åíèå Ñîëíöà, ïîòîêè ìèêðîìåòåîðîèäîâ è ìåëêîäèñïåðñíûé ìóñîð, à òàêæå àòîìàðíûé êèñëîðîä â íàáåãàþùåì ïîòîêå èîíîñôåðíîé ïëàçìû.
Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà è ìåòîäèêà èñïûòàíèé
Ïðè ñîçäàíèè ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ óñëîâèé íà îðáèòå â íàçåìíûõ óñëîâèÿõ àêöåíò áûë ñäåëàí íà êîìïëåêñíûé õàðàêòåð âîçäåéñòâèÿ ÔÊÏ íà ìàòåðèàëû. Ïî ýòîé ïðè÷èíå ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà ïîñòðîåíà íà îñíîâå ïðåäñòàâëåíèé î âîçäåéñòâèè êàæäîãî ôàêòîðà â îòäåëüíîñòè è â êîìïëåêñå ñ äðóãèìè, îá îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâàõ ÎÊÏ, à òàêæå î òåõíîëîãè÷åñêèõ òðåáîâàíèÿõ ê ìàòåðèàëàì.
 ñîñòàâ ëàáîðàòîðíî-ñòåíäîâîãî êîìïëåêñà âõîäÿò âàêóóìíûå êàìåðû îáúåìîì 0,05 è 1,0 ì3 ñ îòêà÷êîé äî 10–7–10–5 ìì ðò. ñò. (1,3×10–5–1,3×10–3 Ïà) è îïûòíûå îáðàçöû èìèòàòîðîâ ôàêòîðîâ êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà äëÿ ïðîâåäåíèÿ óñêîðåííûõ èñïûòàíèé è èññëåäîâàíèé, â òîì ÷èñëå:
– èñòî÷íèêè êîðîòêîâîëíîâîãî èçëó÷åíèÿ ñ ÿðêîñòüþ 2×10–3–2 Âò/ñì2 ñð íì äëÿ ÂÓÔ-äèàïàçîíà (90–180 íì) è ñ ÿðêîñòüþ 2–20 Âò/ñì2 ñð íì äëÿ ÓÔ äèàïàçîíà (180–400 íì) íà îñíîâå èìïóëüñíîãî ñòðóéíîãî äèàôðàãìåííîãî ðàçðÿäà â âàêóóìå (èñòî÷íèê ÏÎÒÎÊ-ÂÓÔ/ÑÄÐ) [7] è òëåþùåãî ðàçðÿäà â âîäîðîäå, âîçáóæäàåìîãî â âîäîîõëàæäàåìîì êâàðöåâîì êàïèëëÿðå (èñòî÷íèê ÏÂÈ-02), ñ ïëîòíîñòüþ ìîùíîñòè îêîëî 3×10–3 Âò/ñì2 äëÿ ÂÓÔäèàïàçîíà (115–130 íì);
– èñòî÷íèê ìíîãîêîìïîíåíòíîé ïëàçìû ñ êîíöåíòðàöèåé àòîìîâ è èîíîâ êèñëîðîäà, óãëåðîäà, âîäîðîäà, àçîòà è èõ ñîåäèíåíèé îêîëî 1014–1017ñì–3, ïëîòíîñòüþ ïîòîêà äî 1023 ñì–2ñ–1 è ñêîðîñòüþ ïîòîêà äî 10 êì/ñ íà îñíîâå ðåëàêñèðóþùåé ýðîçèîííîé ïëàçìû èìïóëüñíîãî ñòðóéíîãî äèàôðàãìåííîãî ðàçðÿäà â âàêóóìå (èñòî÷íèê ÏÎÒÎÊ-ÝÏ/ÑÄÐ) [8];
– èñòî÷íèê ïîòîêîâ óãëåðîäñîäåðæàùèõ ìèêðî÷àñòèö (ðàçìåðîì 2r = 0,1–200 ìêì ñî ñêîðîñòüþ V = 0,1–30 êì/ñ è ïëîòíîñòüþ ïîòîêà äî 104 ñì–2 ñ–1) íà îñíîâå èìïóëüñíîãî ñòðóéíîãî äèàôðàãìåííîãî ðàçðÿäà â âàêóóìå â ìàãíèòîãàçîäèíàìè÷åñêîì ðåæèìå (èñòî÷íèê ÏÎÒÎÊ-Ì×/ÑÄÐ) [9].
Ñèñòåìû êðèîãåííîãî îáåñïå÷åíèÿ ïîçâîëÿëè îñóùåñòâëÿòü òåðìîöèêëèðîâàíèå îáðàçöîâ ìàòåðèàëîâ â òåìïåðàòóðíîì äèàïàçîíå 300–20 Ê, à ñèñòåìà ïîäîãðåâà â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ – â òåìïåðàòóðíîì äèàïàçîíå 300–480 Ê.
Äèàãíîñòè÷åñêîå îáîðóäîâàíèå ïîçâîëÿëî îïðåäåëÿòü êàê ïàðàìåòðû ñàìèõ èñòî÷íèêîâ ïîòîêîâ èçëó÷åíèÿ, ïëàçìû è ìèêðî÷àñòèö [10–12], òàê è ïðîâîäèòü êîëè÷åñòâåííûå ñïåêòðàëüíûå èçìåðåíèÿ ïðèðàùåíèÿ îïòè÷åñêîé ïëîòíîñòè, êîýôôèöèåíòîâ ïðîïóñêàíèÿ, êîýôôèöèåíòîâ îòðàæåíèÿ è ëþìèíåñöåíöèè èññëåäóåìûõ ìàòåðèàëîâ â ÂÓÔ, ÓÔ, âèäèìîé è ÈÊ îáëàñòÿõ ñïåêòðà [13].
 êà÷åñòâå îáúåêòà èññëåäîâàíèÿ íàìè áûë âûáðàí îäèí èç âàðèàíòîâ íàðóæíîãî ýëåìåíòà îïòè÷åñêîé ñèñòåìû èç áåñêèñëîðîäíîãî ñòåêëà ÈÊÑ-25 ñ ïðîñâåòëÿþùèì ïîêðûòèåì èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà. Òåõíîëîãèÿ íàíåñåíèÿ ïîêðûòèÿ ñîîòâåòñòâîâàëà òèïîâîé òåõíîëîãèè èñïîëíåíèÿ ïðîñâåòëÿþùåãî ïîêðûòèÿ Â.030 ïî ÎÑÒ3-1901-95.
Äëÿ ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòîâ áûëè èçãîòîâëåíû îáðàçöû äèàìåòðîì 20 ìì è òîëùèíîé 3 ìì. Ñïåêòðû ïðîïóñêàíèÿ îáðàçöîâ â äèàïàçîíå îò 2,0 äî 12 ìêì äî è ïîñëå èñïûòàíèé áûëè ïîëó÷åíû íà ôóðüå-ñïåêòðîôîòîìåòðå ÔÑÌ-1201. Ìèêðîôîòîãðàôèè è èíòåðôåðîãðàììû ôðàãìåíòîâ ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèÿ îáðàçöîâ ñ óâåëè÷åíèåì 290× áûëè ïîëó÷åíû íà ìèêðîèíòåðôåðîìåòðå ÌÈÈ-4.
Äëÿ ïðîâåäåíèÿ èññëåäîâàíèé áûëà ðàçðàáîòàíà ìåòîäèêà èñïûòàíèé ñ ñîâìåñòíûì èñïîëüçîâàíèåì íîâûõ ìåòîäîâ ãåíåðàöèè ïîòîêîâ ìåëêîäèñïåðñíûõ ÷àñòèö, ïëàçìû è êîðîòêîâîëíîâîãî èçëó÷åíèÿ íà îñíîâå ñòðóéíîãî äèàôðàãìåííîãî ðàçðÿäà â âàêóóìå. Ïðè èññëåäîâàíèè õàðàêòåðà è ñòåïåíè ñîâìåñòíîãî ïîâðåæäàþùåãî âîçäåéñòâèÿ îäíà ÷àñòü îáðàçöîâ ïîäâåðãàëàñü îäíîâðåìåííî
– èìïóëüñíîìó îáëó÷åíèþ â ÂÓÔ (0,1 Äæ/ñì2), ÓÔ (1,2 Äæ/ñì2) è âèäèìîé (11,0 Äæ/ñì2) îáëàñòÿõ ñïåêòðà îò èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ ÏÎÒÎÊ-ÂÓÔ/ÑÄÐ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ;
– âîçäåéñòâèþ âûñîêîñêîðîñòíîãî ïîòîêà ðåëàêñèðóþùåé ïëàçìû (îêîëî 1021 ÷àñòèö/ñì2), ñîäåðæàùåé èîíû è àòîìû êèñëîðîäà, âîäîðîäà è óãëåðîäà, îò èñòî÷íèêà ïëàçìû ÏÎÒÎÊ-ÝÏ/ÑÄÐ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ;
– âîçäåéñòâèþ âûñîêîñêîðîñòíîãî ïîòîêà òâåðäûõ ìèêðî÷àñòèö (îêîëî 102 ÷àñòèö/ñì2) ñ èñïîëüçîâàíèåì èñòî÷íèêà ìèêðî÷àñòèö ÏÎÒÎÊ-Ì×/ÑÄÐ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ;
– òåðìîöèêëèðîâàíèþ â äèàïàçîíå 20–90 °Ñ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ;
– âûäåðæêå â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ ñ ðàçðåæåíèåì îêîëî 3×10–6 ìì ðò. ñò. â òå÷åíèå 240 ÷.
Çàòåì â õîäå èñïûòàíèé äðóãàÿ ÷àñòü îáðàçöîâ ïîäâåðãàëàñü îäíîâðåìåííîìó âîçäåéñòâèþ 4, 3 è 2-õ ôàêòîðîâ.
È, íàêîíåö, òðåòüÿ ÷àñòü îáðàçöîâ áûëà èñïûòàíà â óñëîâèÿõ ðàçäåëüíîãî âîçäåéñòâèÿ óêàçàííûõ âûøå ôàêòîðîâ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
75
Ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû è èõ îáñóæäåíèå
Äëÿ âñåõ îáðàçöîâ, èñïîëüçóåìûõ ïðè îäíîâðåìåííîì âîçäåéñòâèè ïÿòè ôàêòîðîâ, â ðåçóëüòàòå ïðîèçîøëî ïîëíîå ðàçðóøåíèå ïîêðûòèé ñ ïîÿâëåíèåì “îñòðîâêîâîãî” õàðàêòåðà ïîâåðõíîñòíîãî ðåëüåôà è êðàòåðîâ ðàçëè÷íûõ ôîðìû è ðàçìåðà, ñ èçìåíåíèåì öâåòà ïîêðûòèÿ ñ òåìíî-ôèîëåòîâîãî íà ñâåòëî-ñåðûé ñ õàðàêòåðíûì ìåòàëëè÷åñêèì (ñâèíöîâûì) áëåñêîì. Àíàëèç ïîëó÷åííûõ èíòåðôåðîãðàìì ó÷àñòêîâ ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèé îáðàçöîâ ñâèäåòåëüñòâóåò î çíà÷èòåëüíîé âûñîòå ìèêðîíåðîâíîñòåé.  ÷àñòíîñòè, ãëóáèíà êðàòåðîâ íà ïîâåðõíîñòè äîñòèãàëà íåñêîëüêèõ ìèêðîìåòðîâ. Íà ðèñ. 1 ïðåäñòàâëåíû èíòåðôåðîãðàììû ðàçëè÷íûõ ó÷àñòêîâ ïîâåðõíîñòè äëÿ îäíîãî èç îáðàçöîâ (à – äî èñïûòàíèé, á – ïîñëå) è ìèêðîôîòîãðàôèè òåõ æå ó÷àñòêîâ ïîâåðõíîñòè îáðàçöà (ã, ä).
Òà ÷àñòü îáðàçöîâ, êîòîðàÿ ïîäâåðãàëàñü îäíîâðåìåííîìó âîçäåéñòâèþ ÷åòûðåõ ôàêòîðîâ, à èìåííî âñåõ ïåðå÷èñëåííûõ âûøå, íî áåç òåðìîöèêëèðîâàíèÿ îáðàçöîâ, è îäíîâðåìåííîìó âîçäåéñòâèþ òðåõ ôàêòîðîâ, à èìåííî âñåõ ïåðå÷èñëåííûõ âûøå, íî áåç òåðìîöèêëèðîâàíèÿ îáðàçöîâ è áåç äëèòåëüíîé âûäåðæêè îáðàçöîâ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ, òàêæå ïîñëå èñïûòàíèé èçìåíèëàñü ïî âíåøíåìó âèäó – öâåò ïîêðûòèÿ ñòàë ñâåòëî-ñåðûì ñ ìåòàëëè÷åñêèì áëåñêîì, ìîðôîëîãèÿ ïîâåðõíîñòè, ïî äàííûì ìèêðîôîòîãðàôèé è èíòåðôåðîãðàìì ïîâåðõíîñòè áûëà àíàëîãè÷íà ïåðâîé ãðóïïå îáðàçöîâ.
Äëÿ ÷àñòè îáðàçöîâ, êîòîðûå ïîäâåðãàëèñü îäíîâðåìåííîìó âîçäåéñòâèþ äðóãèõ òðåõ ôàêòîðîâ, à èìåííî âñåõ ïåðå÷èñëåííûõ âûøå, íî áåç òåðìîöèêëèðîâàíèÿ îáðàçöîâ è áîìáàðäèðîâêè ïîòîêîì ìèêðî÷àñòèö, ïîñëå èñïûòàíèé âíåøíèé âèä îáðàçöîâ (öâåò ïîêðûòèÿ è ìîðôîëîãèÿ ïîâåðõíîñòè)
(à) (ã)
(á) (ä)
(â) (å)
Ðèñ. 1. Èíòåðôåðîãðàììû (à, á, â) è ìèêðîôîòîãðàôèè (ã, ä, å) ó÷àñòêîâ ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ ¹ 1–5Ñ è ¹ 5–1Ð äî (à, ã) è ïîñëå (á, â, ä, å) èñïûòàíèé. á, ä – îáðàçåö ¹ 1–5Ñ; â, å – ¹ 5–1Ð. 76 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
Ò, îòí. åä. 1
1
0,5
2
0 3 4 5 6 8 10 12 λ, ìêì
Ðèñ. 2. Ñïåêòðû êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ Ò îáðàçöà ¹1–5Ñ äî (1) è ïîñëå (2) èñïûòàíèé.
ïðåòåðïåë ïðàêòè÷åñêè òàêèå æå èçìåíåíèÿ, îòìå÷åíî ëèøü îòñóòñòâèå íà ïîâåðõíîñòè êðàòåðîâ.
Êðîìå òîãî, äëÿ ýòèõ äâóõ ãðóïï îáðàçöîâ, êîòîðûå ïîäâåðãàëèñü îäíîâðåìåííîìó âîçäåéñòâèþ îïèñàííûõ âûøå 5, 4 è 3-õ ôàêòîðîâ, ñïåêòðû êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ ñâèäåòåëüñòâóþò î ïîëíîé äåãðàäàöèè íàíåñåííîãî ïðîñâåòëÿþùåãî ýôôåêòà ïîêðûòèÿ èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà è çíà÷èòåëüíîì ïàäåíèè êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ îáðàçöîâ âî âñåì äèàïàçîíå äëèí âîëí îò 2,4 äî 12 ìêì (ðèñ. 2).
Äëÿ îáðàçöîâ, êîòîðûå èñïûòûâàëè ïðè îäíîâðåìåííîì âîçäåéñòâèè òîëüêî äâóõ ôàêòîðîâ, à èìåííî
– ïðè èìïóëüñíîì îáëó÷åíèè â ÂÓÔ, ÓÔ è âèäèìîé îáëàñòÿõ ñïåêòðà (12,3 Äæ/ñì2) îò èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ ìàêåòà èìèòàòîðà ÏÎÒÎÊ-ÂÓÔ/ÑÄÐ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ è âûäåðæêå â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ ñ ðàçðåæåíèåì äî 3×10–6 ìì ðò. ñò. â òå÷åíèå 240 ÷, èëè
– ïðè òåðìîöèêëèðîâàíèè â äèàïàçîíå 20–90 °Ñ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ è âûäåðæêå â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ ñ ðàçðåæåíèåì äî 3×10–6 ìì ðò. ñò. â òå÷åíèå 240 ÷ èçìåíåíèÿ öâåòà è õàðàêòåðà ïîêðûòèé ó ýòèõ îáðàçöîâ íå îáíàðóæåíî. Öâåò îñòàëñÿ òåìíîôèîëåòîâûì, ïîâåðõíîñòü – çåðêàëüíîé, êàê è äî èñïûòàíèé, “îñòðîâêîâûé” õàðàêòåð ïîâåðõíîñòíîãî ðåëüåôà îòñóòñòâîâàë. Èíòåðôåðîãðàììû ó÷àñòêîâ ïîêðûòèÿ îáðàçöîâ ñâèäåòåëüñòâîâàëè î ñîõðàíåíèè âûñîêîãî îïòè÷åñêîãî êà÷åñòâà ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèÿ. Ñïåêòðû êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ îáðàçöîâ äî è ïîñëå èñïûòàíèé ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ ñîâïàäàëè âî âñåì äèàïàçîíå äëèí âîëí (2,4–12 ìêì). Òàêèì îáðàçîì, ýòè äâå ñîâîêóïíîñòè ôàêòîðîâ ïðè äàííûõ óðîâíÿõ èõ ïàðàìåòðîâ íå ÿâëÿþòñÿ ïîâðåæäàþùèìè.
Ïðè ðàñøèðåíèè òåìïåðàòóðíîãî äèàïàçîíà èñïûòàíèé ñ ìíîãîêðàòíûì òåðìîöèêëèðîâàíèåì â äèàïàçîíå –20…+160 °Ñ ñî ñðåäíåé ñêîðîñòüþ íàãðåâà 6 ãðàä/ìèí è ñðåäíåé ñêîðîñòüþ îõëàæäåíèÿ 3 ãðàä/ìèí íà øåñòîì öèêëå (ñïóñòÿ 9 ÷ ïîñëå íà÷àëà èñïûòàíèé) îäèí èç òðåõ îáðàçöîâ ðàñêîëîëñÿ ïîïîëàì. Ïîñëå âûäåðæêè â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ ñ ðàçðåæåíèåì îêîëî 3×10–6 ìì ðò. ñò. â òå÷åíèå 240 ÷ íà ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ âèçóàëüíî îáíàðóæåíî ëîêàëüíîå èçìåíåíèå öâåòà è õàðàêòåðà ïîêðûòèÿ – ïîÿâëåíèå ó÷àñòêîâ íåðàâíîìåðíîãî ïîêðûòèÿ æåëòîâàòîãî öâåòà ñî ñëåäàìè âñïó÷èâàíèÿ .
Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé îáðàçöîâ â óñëîâèÿõ ðàçäåëüíîãî âîçäåéñòâèÿ óêàçàííûõ âûøå ôàêòîðîâ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ ïîêàçàëè âûñîêóþ óñòîé÷èâîñòü ïîêðûòèÿ ê ðàçäåëüíîìó âîçäåéñòâèþ òàêèõ ôàêòîðîâ, êàê
– òåðìîöèêëèðîâàíèå â äèàïàçîíå 20–90 °Ñ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ,
– âûäåðæêà â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ ñ ðàçðåæåíèåì äî 3×10–6 ìì ðò. ñò. â òå÷åíèå 240 ÷,
– èìïóëüñíîå îáëó÷åíèå â ÂÓÔ, ÓÔ è âèäèìîé îáëàñòÿõ ñïåêòðà (âïëîòü äî 12,3 Äæ/ñì2) â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ.
Ìåíåå óñòîé÷èâû ñâîéñòâà ïîêðûòèÿ è ïîäëîæêè îêàçàëèñü ïðè ìíîãîêðàòíîì òåðìîöèêëèðîâàíèè â äèàïàçîíå –20…+160 °Ñ ñî ñðåäíåé ñêîðîñòüþ íàãðåâà 6 ãðàä/ìèí è ñðåäíåé ñêîðîñòüþ îõëàæäåíèÿ 3 ãðàä/ìèí. Ïðè ýòîì íàáëþäàëèñü èçìåíåíèÿ öâåòà è õàðàêòåðà ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèÿ, ÷àñòü îáðàçöîâ ðàñêàëûâàëàñü.
Ïðè íåïðåðûâíîì îáëó÷åíèè â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ íà ðàññòîÿíèè 5 ñì îò èñòî÷íèêà ÏÂÈ-02 â òå÷åíèå 8 ÷ (îêîëî 6 Äæ/ñì2) òàêæå íàáëþäàëèñü ëîêàëüíûå èçìåíåíèÿ öâåòà è õàðàêòåðà ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèÿ (ðèñ. 3). Îäíàêî ñïåêòðû êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ ýòèõ îáðàçöîâ äî è ïîñëå èñïûòàíèé ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ ñîâïàäàþò âî âñåì äèàïàçîíå äëèí âîëí îò 2,4 äî 12 ìêì.
Ñàìîå çíà÷èòåëüíîå èçìåíåíèå ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ â óñëîâèÿõ ðàçäåëüíîãî âîçäåéñòâèÿ íàáëþäàëîñü ïðè îáäóâå âûñîêîñêîðîñòíûì ïîòîêîì ðåëàêñèðóþùåé ïëàçìû (ðèñ. 1â, 1å, îáðàçåö ¹ 5–1Ð) è â çíà÷èòåëüíî ìåíüøåé ñòåïåíè – ïðè âûñîêîñêîðîñòíîì ïîòîêå ìèêðî÷àñòèö. Âîçäåéñòâèå íàáåãàþùåãî ïîòîêà ðåëàêñèðóþùåé ïëàçìû, ïî íàøåìó ìíåíèþ, ÿâëÿåòñÿ ãëàâíûì ïîâðåæäàþùèì ôàêòîðîì äëÿ ïîêðûòèÿ èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà èç âñåõ âîçäåéñòâèé, êîòîðûì ïîäâåðãàëèñü îáðàçöû ðàçäåëüíî. Ýòî ïîäòâåðæäàþò ñïåêòðû êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ îáðàçöîâ, ïîäâåðãíóòûõ ðàçäåëüíîìó èñïûòàíèþ: îíè ñâèäåòåëüñòâóþò î ïîëíîé äåãðàäàöèè íàíåñåííîãî ïðîñâåòëÿþùåãî ýôôåêòà ïîêðûòèÿ èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà è çíà÷èòåëüíîì
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
77
(à) (â) (á) (ã)
Ðèñ. 3. Èíòåðôåðîãðàììû (à, á) è ìèêðîôîòîãðàôèè (â, ã) ó÷àñòêà ïîâåðõíîñòè îáðàçöà ¹4–1Ð äî (à, â) è ïîñëå (á, ã) èñïûòàíèé.
ïàäåíèè êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ îáðàçöîâ âî âñåì äèàïàçîíå äëèí âîëí îò 2,4 äî 12 ìêì (ðèñ. 4).
Áîëåå äåòàëüíûé àíàëèç ñîñòîÿíèÿ ïîâåðõíîñòè îáðàçöà ¹ 5–1Ð ïîñëå âîçäåéñòâèÿ âûñîêîñêîðîñòíûì ïîòîêîì ðåëàêñèðóþùåé ïëàçìû áûë ïðîâåäåí ñ èñïîëüçîâàíèåì ìåòîäà ýëåêòðîííîãî ñïåêòðàëüíîãî õèìè÷åñêîãî àíàëèçà [14]. Íà îáçîðíîì ñïåêòðå âåðõíåãî ñëîÿ ïîâåðõíîñòè îáðàçöà ¹ 5–1Ð îáíàðóæåíû ëèíèè õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ èç ñîñòàâà îïòè÷åñêîãî ïîêðûòèÿ (ñâèíöà Pb 4f ñ àòîìíîé êîíöåíòðàöèåé îêîëî 3,2%, ôòîðà F 1s ñ àòîìíîé êîíöåíòðàöèåé 0,7%), èç ñîñòàâà ïîäëîæêè (ñåëåíà Se 3d5 ñ àòîìíîé êîíöåíòðàöèåé 0,9%, îëîâà Sn 3d5 – 0,2%) è èç ñîñòàâà íàáåãàþùåãî ïîòîêà ïëàçìû (êèñëîðîäà Î 1s c àòîìíîé êîíöåíòðàöèåé 13,5%, óãëåðîäà Ñ 1s – 80,2%). Ïîñëå òðàâëåíèÿ ïîâåðõíîñòè îáðàçöà ¹ 5–1Ð èîíàìè àðãîíà ñ ýíåðãèåé 5 êý â òå÷åíèå 10 ìèí äî ãëóáèíû 1,0 ìêì íà îáçîðíîì ñïåêòðå òàêæå ïðèñóòñòâóþò ëèíèè õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ èç ñîñòàâà îïòè÷åñêîãî ïîêðûòèÿ (ñâèíöà Pb 4f ñ àòîìíîé êîíöåíòðàöèåé îêîëî 8,1%, ôòîðà F 1s ñ àòîìíîé êîíöåíòðàöèåé 6,3%) , èç ñîñòàâà ïîäëîæêè (ñåëåíà Se 3d5 ñ àòîìíîé êîíöåíòðàöèåé
Ò, îòí. åä. 1
1
0,5
2
0 3
4
5 7 9 11 λ, ìêì
Ðèñ. 4. Ñïåêòð êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ Ò îáðàçöà ¹ 5–1Ð äî (1) è ïîñëå (2) èñïûòàíèé.
13,5%, îëîâà Sn 3d5 – 2,5%, ñóðüìû Sb 3d5 – 3,6%, ìûøüÿêà As 3d5 – 6,4%) è èç ñîñòàâà íàáåãàþùåãî ïîòîêà ïëàçìû (óãëåðîäà Ñ 1s – 58,6%). Ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î ñóùåñòâåííîì èçìåíåíèè õèìè-
78 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
÷åñêîãî ñîñòàâà ñëîÿ. Äàëüíåéøàÿ îáðàáîòêà ðåíòãåíîýëåêòðîííûõ ñïåêòðîâ ïîâåðõíîñòè îáðàçöà ¹ 5–1Ð íà ãëóáèíå 0,5–1,0 ìêì ïîêàçàëà, ÷òî ïîâðåæäåíèÿ îïòè÷åñêîãî ïîêðûòèÿ è ïîäëîæêè çíà÷èòåëüíû è åãî õèìè÷åñêèé ñîñòàâ íå ñîîòâåòñòâóåò èñõîäíîìó ñîñòàâó ïðîñâåòëÿþùåãî ñëîÿ. Èñïîëüçóÿ îñíîâíûå çàêîíîìåðíîñòè èçìåíåíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ çíà÷åíèé ýíåðãèè ñâÿçè â ðåíòãåíîýëåêòðîííûõ ñïåêòðàõ è âëèÿíèå ñòåïåíè îêèñëåíèÿ àòîìîâ [15], óñòàíîâèëè, ÷òî íà ãëóáèíå 0,5 ìêì áî′ëüøàÿ ÷àñòü ôòîðà íàõîäèòñÿ â âèäå õèìè÷åñêîãî ñîåäèíåíèÿ SnF2 (67,3%) è ëèøü 19,05% ñîñòàâëÿåò èñõîäíûé ñîñòàâ äëÿ ïðîñâåòëÿþùåãî ïîêðûòèÿ PbF2. Äëÿ ñâèíöà íà ãëóáèíå 0,5 ìêì îò ïîâåðõíîñòè îñíîâíàÿ åãî ÷àñòü íàõîäèòñÿ â âèäå õèìè÷åñêîãî ñîåäèíåíèÿ PbSe (58,2%), à òàêæå â âèäå ìåòàëëè÷åñêîãî ñâèíöà Pb (2,1%). Ýòî ÿâëÿåòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûì äîêàçàòåëüñòâîì äåãðàäàöèè èñõîäíîãî îïòè÷åñêîãî ïîêðûòèÿ â õîäå èñïûòàíèé ñ èñïîëüçîâàíèåì âîçäåéñòâèÿ âûñîêîñêîðîñòíûì ïîòîêîì ðåëàêñèðóþùåé ïëàçìû. Ïðè ýòîì õèìè÷åñêèé ñîñòàâ ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ â çàâèñèìîñòè îò ãëóáèíû îïðåäåëÿåòñÿ ñîñòàâîì íàáåãàþùåãî ïîòîêà ïëàçìû, ïåðâîíà÷àëüíûì ñîñòàâîì ïðîñâåòëÿþùåãî ïîêðûòèÿ è ìàòåðèàëà ïîäëîæêè.
Ñîïîñòàâëåíèå âñåõ ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ ìîäåëèðîâàíèÿ âîçäåéñòâèé íà ïðîñâåòëÿþùåå ïîêðûòèå èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà íà ïîäëîæêå èç ñòåêëà ÈÊÑ-25 ñ îñíîâíûìè ôàêòîðàìè êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà íà íèçêèõ îêîëîçåìíûõ îðáèòàõ ïîêàçàëî ñëåäóþùåå:
1. Âàêóóì.  íàøèõ èñïûòàíèÿõ ïðîñâåòëÿþùåãî ïîêðûòèÿ èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà íà ïîäëîæêå ÈÊÑ-25 ñòåïåíü îòêà÷êè äî 10–7–10–5 ìì ðò. ñò ñîîòâåòñòâóåò âûñîòå ïîëåòà ÊÀ íà íèçêèõ îðáèòàõ (îêîëî 200–300 êì). Âðåìÿ âûäåðæêè èñïûòóåìûõ îáðàçöîâ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ ïîðÿäêà 240 ÷ (10 ñóòîê) îïðåäåëÿëîñü èç óñëîâèÿ ñîïîñòàâèìîñòè äëèòåëüíîñòè âîçäåéñòâèÿ äðóãèõ ôàêòîðîâ, êîòîðûå ìîäåëèðîâàëèñü â íàøèõ ýêñïåðèìåíòàõ.
2. Èçëó÷åíèå Ñîëíöà. Ïðè ìîäåëèðîâàíèèè âîçäåéñòâèÿ íà ïðîñâåòëÿþùåå ïîêðûòèå èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà íà ïîäëîæêå ÈÊÑ-25 ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ Ñîëíöà íàìè ó÷èòûâàëàñü åãî ñðåäíÿÿ èíòåíñèâíîñòü, ðàâíîìåðíîñòü îáëó÷åíèÿ, ïàðàëëåëüíîñòü ëó÷åé, ñïåêòðàëüíûé ñîñòàâ èçëó÷åíèÿ. Óñëîâèÿ èñïûòàíèé îáðàçöîâ ñîîòâåòñòâîâàëè äëèòåëüíîñòè ñîëíå÷íîãî îáëó÷åíèÿ âáëèçè Lαëèíèè (îò 121 äî 122 íì) íà îðáèòå ïîðÿäêà 56 ÷. Îáëó÷åííîñòü â èìïóëüñå èñïîëüçóåìîãî èñòî÷/íèêà èçëó÷åíèÿ ÏÎÒÎÊ-ÂÓÔ/ÑÄÐ â ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå îò 180 äî 400 íì ñîñòàâëÿëà îêîëî 1,2 Äæ/ñì2, ÷òî â ýòîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå ñîîòâåòñòâóåò îáëó÷åíèþ íà îðáèòå â òå÷åíèå ïðèáëè-
çèòåëüíî 7 ÷. Îáëó÷åíèå îò èñòî÷íèêà ÏÂÈ-02 â òå÷åíèå 8 ÷àñîâ ñ ïëîòíîñòüþ ìîùíîñòè 3 ìÂò/ñì2 âáëèçè ëèíèè Lα èçëó÷åíèÿ àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñîîòâåòñòâóåò 139 ñóòêàì íàõîæäåíèÿ îáðàçöà íà îðáèòå.
3. Òâåðäûå ìèêðî÷àñòèöû. Ïðè ìîäåëèðîâàíèèè âîçäåéñòâèÿ ïîòîêà ìèêðî÷àñòèö â îêðåñòíîñòè Çåìëè íà âûñîòàõ íèæå 500 êì íà ïðîñâåòëÿþùåå ïîêðûòèå èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà íà ïîäëîæêå ÈÊÑ-25 íàìè ó÷èòûâàëèñü èõ ñ ìàññà (ïîðÿäêà 10–8 ã), ñðåäíèé ðàçìåð (0,1–100 ìêì), ïëîòíîñòü ïîòîêà (äî 104 ñì–2 ñ–1) è ñêîðîñòü (äî 30 êì/ñ). Óñëîâèÿ èñïûòàíèé îáðàçöîâ (îêîëî 102 ÷àñòèö/ñì2) ñîîòâåòñòâîâàëè äëèòåëüíîñòè èõ áîìáàðäèðîâêè ìèêðî÷àñòèöàìè íà îðáèòå ïîðÿäêà 280 ÷.
4. Íàáåãàþùèé ïîòîê èîíîñôåðíîé ïëàçìû è ñîáñòâåííàÿ àòìîñôåðà. Ïðè ìîäåëèðîâàíèèè âîçäåéñòâèÿ ïîòîêà èîíîñôåðíîé ïëàçìû â îêðåñòíîñòè Çåìëè, íà âûñîòàõ îêîëî 200 êì, íà ïðîñâåòëÿþùåå ïîêðûòèå èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà íà ïîäëîæêå ÈÊÑ-25 íàìè ó÷èòûâàëèñü ñîñòàâ èñïîëüçóåìîãî ïîòîêà (íåéòðàëüíûå àòîìû è èîíû êèñëîðîäà, âîäîðîäà), åãî ñêîðîñòü (äî 10 êì/ñ) è ïëîòíîñòü (äî 1023 ñì–2 ñ–1). Íåéòðàëüíûå àòîìû è èîíû óãëåðîäà, à òàêæå è åãî ñîåäèíåíèÿ â ñîñòàâå âîçäåéñòâóþùåãî ïîòîêà ìîæíî ïðèïèñàòü îêðóæàþùåé êîñìè÷åñêèé àïïàðàò åãî ñîáñòâåííîé àòìîñôåðå, ñôîðìèðîâàííîé â ïðîöåññå åãî æèçíåäåÿòåëüíîñòè. Óñëîâèÿ èñïûòàíèé îáðàçöîâ (îêîëî 1021 ÷àñòèö/ñì2 çà îäíó âñïûøêó) ñîîòâåòñòâîâàëè äëèòåëüíîñòè èõ îáäóâà èîíîñôåðíîé ïëàçìîé íà îðáèòå ïîðÿäêà 28 ÷.
Çàêëþ÷åíèå
Èñïîëüçîâàíèå ðàçðàáîòàííûõ íàìè ðàíåå íîâûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ìåòîäîâ ôèçè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ôàêòîðîâ êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà ïîêàçûâàåò âîçìîæíîñòü ïðîâîäèòü îöåíêó óñòîé÷èâîñòè îïòè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ è ïîêðûòèé íàðóæíûõ ýëåìåíòîâ ÎÝÀ ïðè ñîâìåñòíîì âîçäåéñòâèè îñíîâíûõ ïîâðåæäàþùèõ ôàêòîðîâ êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà â íàçåìíûõ èñïûòàíèÿõ.
 ðàìêàõ èñïîëüçîâàííûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ìåòîäîâ âîçäåéñòâèÿ ïîëó÷åíû äàííûå îá óñòîé÷èâîñòè ïðîñâåòëÿþùåãî ïîêðûòèÿ èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà íà ïîäëîæêå èç ñòåêëà ÈÊÑ-25 ê êîìïëåêñíîìó âîçäåéñòâèþ ðÿäà ïîâðåæäàþùèõ ÔÊÏ.  ÷àñòíîñòè, ïîêàçàíî ñëåäóþùåå:
1. Ïîêðûòèå èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà õàðàêòåðèçóåòñÿ âûñîêîé óñòîé÷èâîñòüþ ñâîéñòâ ëèøü ê ðàçäåëüíîìó âîçäåéñòâèþ òàêèõ ôàêòîðîâ, êàê
– òåðìîöèêëèðîâàíèå â äèàïàçîíå 20–90 °Ñ â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ,
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
79
– âûäåðæêà â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ ñ ðàçðåæåíèåì îêîëî 3×10–6 ìì ðò. ñò. â òå÷åíèå 240 ÷,
– èìïóëüñíîå îáëó÷åíèå (äî 12 Äæ/ñì2) â ÂÓÔ, ÓÔ è âèäèìîé îáëàñòÿõ ñïåêòðà â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ.
2. Ìåíåå óñòîé÷èâû ïðîñâåòëÿþùèå ñâîéñòâà ïîêðûòèÿ ïðè ìíîãîêðàòíîì òåðìîöèêëèðîâàíèè îáðàçöîâ â äèàïàçîíå –20…+160 °Ñ ñî ñðåäíåé ñêîðîñòüþ íàãðåâà 6 ãðàä/ìèí è ñðåäíåé ñêîðîñòüþ îõëàæäåíèÿ 3 ãðàä/ìèí, à òàêæå ïðè íåïðåðûâíîì êîðîòêîâîëíîâîì îáëó÷åíèè äî 6 Äæ/ñì2.
3. Ïîëíàÿ äåãðàäàöèÿ ñâîéñòâ ïîêðûòèÿ èç äâóõôòîðèñòîãî ñâèíöà íàáëþäàåòñÿ ïðè ñîâìåñòíîì âîçäåéñòâèè èìïóëüñíîãî îáëó÷åíèÿ (12 Äæ/ñì2) â ÂÓÔ, ÓÔ è âèäèìîé îáëàñòÿõ ñïåêòðà, âûñîêîñêîðîñòíîãî ïîòîêà ðåëàêñèðóþùåé ïëàçìû (îêîëî 1021 ÷àñòèö/ñì2), âûñîêîñêîðîñòíîãî ïîòîêà ìèêðî÷àñòèö (îêîëî 102 ÷àñòèö/ñì2), òåðìîöèêëèðîâàíèÿ â äèàïàçîíå 20–90 °Ñ è ñ âûäåðæêîé â âàêóóìíûõ óñëîâèÿõ ñ ðàçðåæåíèåì îêîëî 3×10–6 ìì ðò. ñò. â òå÷åíèå 240 ÷.
Àâòîðû áëàãîäàðÿò çà âíèìàíèå è ïîääåðæêó ðàáîòû È.Þ. Äìèòðèåâà (ÔÃÓÏ ÍÈÈÊÈ ÎÝÏ), À.Ë. Øàõìèíà (ÐÍÖ “Ïðèêëàäíàÿ õèìèÿ”, ÑàíêòÏåòåðáóðã) çà ðåãèñòðàöèþ è îáðàáîòêó ðåíòãåíîýëåêòðîííûõ ñïåêòðîâ, à òàêæå Å.Ô. Ìèõàéëîâà (ÍÈÈ ôèçèêè èì. Â.À. Ôîêà ÑÏáÃÓ, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã) è Â.Ã. Äîêó÷àåâà (ÔÃÓÏ ÍÈÈÊÈ ÎÝÏ) çà ïîëåçíûå ñîâåòû è çàìå÷àíèÿ.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Áàðáàøåâ Å.À., Äóøèí Ì.È., Èâîíèí Þ.Í. Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé ïîëèìåðíûõ ìàòåðèàëîâ ïîñëå ýêñïîíèðîâàíèÿ â óñëîâèÿõ îòêðûòîãî êîñìîñà // Êîñìè÷åñêàÿ òåõíîëîãèÿ è ìàòåðèàëîâåäåíèå. Ì.: Íàóêà, 1982. Ñ. 78.
12. Àêèøèí À.È., Íîâèêîâ Ë.Ñ. Ìåòîäû èìèòàöèè âîçäåéñòâèÿ îêðóæàþùåé ñðåäû íà ìàòåðèàëû êîñìè÷åñêèõ àïïàðàòîâ. ×. 1. Ì.: Èçä-âî ÌÃÓ, 1986. 92 ñ.
13. Çàáåëèíà È.À. Âîçäåéñòâèå ôàêòîðîâ êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà íà îïòè÷åñêèå ïðèáîðû // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 1997. Ò. 64. ¹ 7. Ñ. 3–19.
14. Íàäåæíîñòü è ýôôåêòèâíîñòü â òåõíèêå: Ñïðàâî÷íèê. Ò. 10. Ñïðàâî÷íûå äàííûå ïî óñëîâèÿì ýêñïëóàòàöèè
è õàðàêòåðèñòèêàì íàäåæíîñòè / Ïîä ðåä. Â.À. Êóçíåöîâà. Ì.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1990. Ñ. 160–193.
15. Àíäåðñåí Ã.È., Çàèòîâ Ô.À., Ïàíåâèí Ò.Ì. Îñîáåííîñòè âîçäåéñòâèÿ èîíèçèðóþùåãî è ñâåòîâîãî èçëó÷åíèÿ íà õàðàêòåðèñòèêè ÔÏÓ ÈÊ äèàïàçîíà. Âîïðîñû îöåíêè ñòîéêîñòè ÐÝÀ ê âîçäåéñòâèþ ÈÈ, ÝÌÈ, ÈÈÊÏ. Ì., 1988.
16. Âàñèëüåâ Ì.Ô., Ãåðàñþê À.Ê., Ãîåâ À.È., Êèðèëåíêî Â.Â., Íîçäðà÷åâ À.Â., Ïîòåëîâ Â.Â., Ñåíèê Á.Í., Ñóõà÷åâ À.Á. Ïðèìåíåíèå íîâûõ ïëåíêîîáðàçóþùèõ ìàòåðèàëîâ – öèðêîíàòà ãàäîëèíèÿ è öèðêîíàòà ëþòåöèÿ – äëÿ ïîëó÷åíèÿ âûñîêîêà÷åñòâåííûõ îïòè÷åñêèõ ïîêðûòèé // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2007. Ò. 74. ¹ 10. Ñ. 79–84.
17. Êàëàøíèêîâ Å.Â., Áåäðèí À.Ã., Ðà÷êóëèê Ñ.Í., Æèëèí À.Í., Ýëüö Â.Ê. ÂÓÔ-ñïåêòðû èçëó÷åíèÿ ýðîçèîííîé ïëàçìû ñòðóè ñèëüíîòî÷íîãî äèàôðàãìåííîãî ðàçðÿäà â âàêóóìå // ÒÂÒ. 2005. Ò. 43. ¹ 1. Ñ. 32–38.
18. Êàëàøíèêîâ Å.Â., Êîñòèöûíà Ò.Ã. Ýêñïåðèìåíòàëüíîå èññëåäîâàíèå êèíåòèêè ñîñòîÿíèÿ Â2Σ+ ðàäèêàëîâ öèàíà ÑN â ñòðóå äèàôðàãìåííîãî ðàçðÿäà íà ñòàäèè ïîñëåñâå÷åíèÿ // Îïò. è ñïåêòð. 1995. Ò. 78. ¹ 1. Ñ. 60–64.
19. Êàëàøíèêîâ Å.Â., Ðà÷êóëèê Ñ.Í. Ñïîñîá ïîëó÷åíèÿ ïîòîêà ìèêðî÷àñòèö è óñòðîéñòâî äëÿ åãî îñóùåñòâëåíèÿ // Ïàòåíò ÐÔ 2220518. 2003.
10. Êàëàøíèêîâ Å.Â. Èçëó÷åíèå è ïðîâîäèìîñòü ñòðóè ïëàçìû äèàôðàãìåííîãî ðàçðÿäà â âàêóóìå // ÒÂÒ. 1995. Ò. 33. ¹ 3. Ñ. 339–345.
11. Êàëàøíèêîâ Å.Â. Ðàäèàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå äàâëåíèÿ â ñòðóå ïëàçìû ñèëüíîòî÷íîãî äèàôðàãìåííîãî ðàçðÿäà â âàêóóìå // ÒÂÒ. 1996. Ò. 34. ¹ 4. Ñ. 501–505.
12. Äàíèëîâ Ì.Ô., Êàëàøíèêîâ Å.Â. Êîìïîíåíòíûé ñîñòàâ îáîëî÷êè ïëàçìåííîé ñòðóè äèàôðàãìåííîãî ðàçðÿäà â âàêóóìå // ÒÂÒ. 1996. Ò. 34. ¹ 4. Ñ. 501–505.
13. Êàëàøíèêîâ Å.Â., Ðà÷êóëèê Ñ.Í. Èññëåäîâàíèå ðàäèàöèîííûõ ïîâðåæäåíèé â èîííûõ êðèñòàëëàõ ôòîðèäà êàëüöèÿ â óñëîâèÿõ ìîùíîãî âîçäåéñòâèÿ âàêóóìíîãî óëüòðàôèîëåòîâîãî è óëüòðàôèîëåòîâîãî èçëó÷åíèÿ // ÆÒÔ. 2007. Ò. 77. Â. 5. Ñ. 69–74.
14. Íåôåäîâ Â.È., ×åðåïèí Â.Ò. Ôèçè÷åñêèå ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ ïîâåðõíîñòè òâåðäûõ òåë. Ì.: Íàóêà, 1983. 296 ñ.
15. Íåôåäîâ Â.È. Ðåíòãåíî-ýëåêòðîííàÿ ñïåêòðîñêîïèÿ õèìè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé. Ñïðàâî÷íèê. Ì.: Õèìèÿ, 1984. 256 ñ.
80 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008