Экстремальные процессы в кластерах при столкновении с твердой поверхностью

При столкновении больших высокоэнергетических кластеров с твердой поверхностью (число частиц в кластере $N\ge 10^2-10^6$, энергия столкновения на частицу $E_{\mathrm{col}}\ge10-10^3$ эВ) на короткое время ($\le 50-500$ фс) образуется среда, которая характеризуется чрезвычайно высокой температурой ($\ge 10^4-10^5$ К), плотностью (до 4–5 раз превышающей плотность твердого тела) и давлением ($\ge 1-10$ Мбар). Скорость нагрева кластера достигает значения $10^{15}-10^{16}$ К с$^{-1}$. В этих экстремальных условиях в кластере, а также в зоне столкновения индуцируются физико-химические процессы, которые не могут происходить в равновесных тепловых условиях. Представлен обзор исследований экстремальных процессов в кластерах (ионизация, эмиссия света и заряженных частиц, фрагментация, разрыв и образование химических связей, генерация микроударной волны, синтез ядер, бомбардировка поверхности), которые индуцируются в результате их сильного возбуждения при столкновении с поверхностью. Рассмотрены условия протекания указанных процессов и модели для их описания. Показано, что на характеристики этих процессов существенно влияют скорость, размер и состав кластеров, а также материал и температура поверхности. Проведено сравнение возбуждения кластеров при столкновении с поверхностью и сверхмощными ультракороткими лазерными импульсами. Обсуждаются применения рассматриваемых процессов на практике.