Многодуговой плазменный эмиттер электронов для генерации радиально сходящегося пучка

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты исследований по генерации радиально сходящегося электронного пучка в источнике с многодуговым сеточным плазменным эмиттером. Достигнуты режимы генерации электронного пучка, достаточные для модификации поверхности металлических материалов и изделий цилиндрической формы с расчетной плотностью энергии пучка на коллекторе до 20 Дж/см2 при длительности импульса до 500 мкс. С использованием автоматизированной системы измерения параметров плазмы и одиночного зонда Ленгмюра в диапазоне тока дугового разряда 50–120 А и длительности импульса 50–500 мкс проведены измерения распределения параметров эмиссионной плазмы в сеточном плазменном эмиттере в азимутальном и аксиальном направлениях. Приведены сравнения электронных ветвей зондовой характеристики при различных давлениях рабочего газа (p = 5 ∙ 10–2 Па и p = 8.5 ∙ 10–2 Па). Созданный источник электронов открывает новые возможности для модификации поверхности различных материалов и изделий цилиндрической или более сложной форм с целью изменения функциональных и эксплуатационных свойств этой поверхности.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. С. Торба

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: torba@opee.hcei.tsc.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 2/3

С. Ю. Дорошкевич

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Email: torba@opee.hcei.tsc.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 2/3

М. С. Воробьев

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Email: torba@opee.hcei.tsc.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 2/3

А. А. Гришков

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Email: torba@opee.hcei.tsc.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 2/3

Н. Н. Коваль

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Email: torba@opee.hcei.tsc.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 2/3

Р. А. Картавцов

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Email: torba@opee.hcei.tsc.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 2/3

М. А. Мокеев

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Email: torba@opee.hcei.tsc.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 2/3

Д. А. Шпанов

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Email: torba@opee.hcei.tsc.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 2/3

Список литературы

  1. Бугаев С.П., Крейндель Ю.Е., Щанин П.М. Электронные пучки большого сечения. М.: Энергоатомиздат, 1984.
  2. Гаврилов Н.В., Гушенец В.И., Коваль Н.Н., Окс Е.М. и др. Источники заряженных частиц с плазменным эмиттером. Екатеринбург: Наука, 1993.
  3. Коваль Н.Н., Окс Е.М., Протасов Ю.С., Семашко Н.Н. Эмиссионная электроника. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009.
  4. Крейндель Ю.Е., Мартенс В.Я., Съедин В.Я., Гавринцев С.В. // ПТЭ. 1982. № 4. С. 178.
  5. Ефремов А.М., Ковальчук Б.М., Крейндель Ю.Е., Толкачев В.С., Щанин П.М. // ПТЭ. 1987. № 1. С. 167.
  6. Источники электронов с плазменным эмиттером / Под ред. Ю.Е. Крейнделя. Новосибирск: Наука, 1983.
  7. Grigoriev S.V., Koval N.N., Devjatkov V.N., Teresov A.D. // Proc. 9th Intern. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Tomsk, 2008. P. 19.
  8. Григорьев С.В., Девятков В.Н., Миков А.В., Москвин П.В., Тересов А.Д. // Известия вузов. Физика. 2014. Т. 57. № 11/3. C. 58.
  9. Иванов Ю.Ф., Коваль Н.Н. Структура и свойства перспективных металлических материалов / Под ред. А.И. Потекаева. Томск: НТЛ, 2007.
  10. Гришунин В.А., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Денисова Ю.А. Электронно-пучковая модификация структуры и свойств стали. Новокузнецк: Полиграфист, 2012.
  11. Волков К.В., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Гришунин В.А. Повышение усталостной выносливости рельсовой стали электронно-пучковой обработкой. Новокузнецк: Интер-Кузбасс, 2013.
  12. Райков С.В., Будовских Е.А., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Ващук Е.С. Формирование структурно-фазовых состояний и свойств поверхности титановых сплавов при электровзрывном легировании и последующей электронно-пучковой обработке. Новокузнецк: Интер-Кузбасс, 2014.
  13. Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Коновалов С.В., Аксенова К.В. Усталость силумина, модифицированного электронно-пучковой обработкой. Новокузнецк: Полиграфист, 2016.
  14. Эволюция структуры поверхностного слоя стали, подвергнутой электронно-ионно-плазменным методам обработки / Под ред. Н.Н. Коваля, Ю.Ф. Иванова. Томск: НТЛ, 2016.
  15. Воробьев М.С., Григорьев С.В., Москвин П.В., Сулакшин С.А. // Изв. вузов. Физика. 2014. Т. 57. № 11/3. С. 199.
  16. Воробьев М.С., Гамермайстер С.А., Девятков В.Н., Коваль Н.Н., Сулакшин С.А., Щанин П.М. // Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40. № 12. С. 24.
  17. Воробьев М.С., Девятков В.Н., Коваль Н.Н., Сулакшин С.А. // Изв. вузов. Физика. 2017. Т. 60. № 8. С. 109.
  18. Кизириди П.П., Озур Г.Е. // ПТЭ. 2023. № 4. С. 84. https://doi.org/10.31857/S0032816223030072
  19. Энгелько В.И., Павлов Е.П., Ткаченко К.И., Щеголихин Н.П. // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы. 2019. № 1. С. 67. https://doi.org/10.55176/2414-1038-2019-1-67-74
  20. Коваль Н.Н., Девятков В.Н., Воробьев М.С. // Изв. вузов. Физика. 2020. Т. 63. № 12. С. 7. https://doi.org/ 10.17223/00213411/63/10/7
  21. Torba M.S., Doroshkevich S.Y., Vorobyov M.S. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2023. № 87. Suppl. 2. P. 318. https://doi.org/10.1134/S1062873823704798
  22. Doroshkevich S.Y., Vorobyov M.S., Kovalsky S.S. et al. // J. Physics: Conference Series. Proc. 14th Inter. Conf. “Gas Discharge Plasmas and Their Applications”. 2019. V. 1393. 012006. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1393/1/012006

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 – область горения дугового разряда, 2 – ускоряющий промежуток, 3 – мелкоструктурная эмиссионная сетка, 4 – полый анод, 5 – поджигающий электрод, 6 – катод, 7 – коллектор, 8 – диэлектрик, 9 – плазменный эмиттер, 10 – вакуумная камера.

Скачать (131KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Структурная схема зондовой системы измерения параметров эмиссионной плазмы.

Скачать (103KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схема измерения зондовой характеристики относительно анода дугового разряда.

Скачать (124KB)
Метаданные
5. Рис. 4. ВАХ дугового разряда низкого давления в источнике электронов с плазменным катодом.

Скачать (85KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Сравнение зондовых характеристик при различных давлениях (Id = 70 А) (а), токах разряда (p = 5 ∙ 10⁻² Па) (б), моментах относительно начала импульса (Id = 80 А, p = 5 ∙ 10⁻² Па) (в).

Скачать (468KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Азимутальное распределение концентрации эмиссионной плазмы (p = 5 ∙ 10⁻² Па).

Скачать (151KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Аксиальное распределение концентрации эмиссионной плазмы на оси плазмогенератора (p = 5 ∙ 10⁻² Па).

Скачать (219KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Осциллограммы токов разряда и токов в ускоряющем промежутке (p = 5 ∙ 10–² Па) (а) и автограф электронного пучка на коллекторе из нержавеющей стали при токе пучка Ib = 100 А, ускоряющем напряжении U₀ = 45 кВ и длительности импульса τ = 150 мкс (J ≈ 13 Дж/см²) (б).

Скачать (128KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025