Mô hình mỏi nhiệt trên bề mặt đồng dưới tác động của sóng vi ba công suất cao

Các cấu trúc gia tốc của các máy va chạm siêu cao hiện đại, cũng như các thành phần của các thiết bị electron vi sóng công suất cao hoạt động trong các trường điện từ chu kỳ mạnh, cần có tuổi thọ lâu dài. Cùng với hiện tượng bùng nổ điện, bề mặt của các thành phần vi sóng này bị xuống cấp và tuổi thọ của chúng giảm do các ứng suất nhiệt và các tải trọng cơ học tiếp theo lên lớp kim loại bề mặt. Lý thuyết cơ bản về mỏi nhiệt đã được phát triển vào những năm 1970. Cụ thể, một mô hình kim loại như một môi trường liên tục đã được xem xét. Trong khuôn khổ của mô hình này, mỏi nhiệt được gây ra bởi các ứng suất phát sinh giữa lớp bề mặt nóng và lớp bên trong lạnh của kim loại. Tuy nhiên, lý thuyết này không mô tả đầy đủ tất cả dữ liệu thực nghiệm hiện có. Cụ thể, khái niệm "nhiệt độ an toàn" của quá trình nóng, tức là nhiệt độ mà tại đó bề mặt không bị phá huỷ trong một loạt xung kéo dài một cách tùy ý, đã được đề xuất trong mô hình lý thuyết, thì không tương thích tốt với thí nghiệm được thực hiện tại Trung tâm Gia tốc Đường thẳng Stanford (SLAC, Hoa Kỳ). Trong công trình này, lý thuyết về mỏi nhiệt được phát triển dựa trên việc xem xét cấu trúc đồng đa tinh thể. Sự cần thiết phải tính đến điều này đã được chứng minh bởi kết quả của thí nghiệm SLAC, trong đó một sự thay đổi trong sự định hướng lẫn nhau của các hạt đồng và sự hình thành các vết nứt tại các ranh giới của chúng đã được ghi nhận lần đầu tiên. Lý thuyết được phát triển cho phép sử dụng dữ liệu thực nghiệm để tinh chỉnh các hệ số trong các công thức đã thu được cho tuổi thọ của bề mặt kim loại và dự đoán số lượng xung vi sóng trước khi bề mặt của nó bị phá huỷ như một hàm của công suất bức xạ, sự gia tăng nhiệt độ bề mặt tại đỉnh xung và thời gian xung.