Tensile strength of surface nanofibers in tungsten

Abstract

Recent studies carried out in linear plasma devices and tokamaks, have shown that low-energy He bombardment causes the creation of the nanofiber structure that leads to increased radiation erosion and material failure. One of the key characteristics of nanofibers is their mechanical strength. In this paper, a new mathematical technique was used for determination of the inherent tensile strength of nanofibers. The configuration of nanofibers was modeled by equipotential cylindrical surfaces. The potential distribution and mechanical stresses induced by high electric field were determined. An elaborated formalism was used to obtain the ultimate strength of tungsten nanofibers. The mean value of the tensile strength of tungsten nanofibers is equal to 27.52 GPa. This value is a substantial part of the theoretical tensile strength of tungsten.

Недавні дослідження, проведені на лінійних плазмових пристроях і токамаках, показали, що низькоенергетичне бомбардування атомами Не викликає створення структури з нанофібріл, що призводить до посилення радіаційної ерозії і руйнування матеріалу. Однією з ключових характеристик нанофібріл є їх механічна міцність. У цій статті був використаний новий математичний метод для визначення власної міцності нанофібріл на розтягнення. Конфігурація нанофібріл моделювалася еквіпотенціальними циліндричними поверхнями. Визначено розподіл потенціалу та механічні напруги, викликані сильним електричним полем. Розроблений формалізм був використаний для отримання граничної міцності вольфрамових нанофібріл. Середнє значення міцності на розрив вольфрамових нанофібріл дорівнює 27,52 ГПа. Ця величина є суттєвою частиною теоретичної міцності на розтягнення вольфраму.

Недавние исследования, проведенные на линейных плазменных устройствах и токамаках, показали, что низкоэнергетическая бомбардировка атомами Не вызывает создание структуры из нанофибрилл, что приводит к усилению радиационной эрозии и разрушению материала. Одной из ключевых характеристик нанофибрилл является их механическая прочность. В этой статье был использован новый математический метод для определения собственной прочности нанофибрилл на растяжение. Конфигурация нанофибрилл моделировалась эквипотенциальными цилиндрическими поверхностями. Определены распределение потенциала и механические напряжения, вызванные сильным электрическим полем. Разработанный формализм был использован для получения предельной прочности вольфрамовых нанофибрилл. Среднее значение прочности на разрыв вольфрамовых нанофибрилл равно 27,52 ГПа. Эта величина является существенной частью теоретической прочности на растяжение вольфрама.