WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Плазменный источник электронов для генерации непрерывных электронных пучков в области предельных рабочих давлений форвакуумного диапазона

УДК 537.533

На правах рукописи

Зенин Алексей Александрович

ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ

НЕПРЕРЫВНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ В ОБЛАСТИ

ПРЕДЕЛЬНЫХ РАБОЧИХ ДАВЛЕНИЙ ФОРВАКУУМНОГО

ДИАПАЗОНА

01.04.04 – Физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТОМСК – 2014

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» и федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, ТУСУР, г. Томск Окс Ефим Михайлович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор, Московский государственный технологический университет «Станкин», г. Москва Метель Александр Сергеевич доктор технических наук, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск Сергеев Виктор Петрович

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Иркутский государственный университет»

Защита состоится 10 сентября 2014 г. в 15 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.268.04 при федеральном государственном бюджетном образовательным учреждением высшего профессионального образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники», 634050, г. Томск, пр. Ленина 40, ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» по адресу: г. Томск, пр. Вершинина, 74, а также на официальном сайте ТУСУР http://tusur.ru/ru/science/education/diss.html

Автореферат разослан « » июня 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Ю.П. Акулиничев д.т.н., профессор





ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Генерация электронных пучков при повышенных давлениях газа, вплоть до вывода пучка в атмосферу, представляет собой одно из приоритетных направлений дальнейшего развития электронно-лучевых технологий. Наиболее перспективными с точки зрения реализации этих задач представляются источники электронов с плазменным катодом. Отличительной особенностью плазменных источников электронов является, как известно, некритичность к вакуумным условиям и как следствие, возможность их эффективного функционирования при повышенных давлениях газа. Развиваемые в последние годы, так называемые форвакуумные плазменные источники электронов обеспечивают генерацию пучков различной конфигурации в непрерывном и импульсном режимах устойчивого функционирования в ранее недоступной форвакуумной области давлений вплоть до 1520 Па. Достижение столь высоких давлений обусловило появление новых возможностей для электронно-лучевой модификации материалов, например обработки электронным пучком керамики и других диэлектриков.

Дальнейшее продвижение форвакуумных плазменных источников электронов в область более высоких давлений представляет интерес как с точки зрения развития самой техники генерации электронных пучков, так и для новых применений электронно-лучевых технологий. Очевидно, что предельное рабочее давление электронного источника обусловлено, главным образом, пробоем ускоряющего промежутка, под которым в данном случае подразумевается зажигание в промежутке низковольтной формы разряда, делающее невозможным ускорение электронов. Такие условия реализуются при достижении параметром pd минимума кривой Пашена. Хотя рабочая точка pd в форвакуумных плазменных источниках электронов все еще находится на левой ветви кривой Пашена, тем не менее, нарушение электрической прочности ускоряющего промежутка является основной проблемой, препятствующей эффективному функционированию таких устройств при более высоких давлениях. Присутствие электронного пучка в ускоряющем промежутке, как правило, ослабляет его электрическую прочность. Наряду с самим электронным пучком, одним из существенных факторов, способных оказать влияние на устойчивость работы источников электронов, является «паразитный» высоковольтный тлеющий разряд (ВТР), возникающий в ускоряющем промежутке.

Несмотря на определенное понимание основных физических процессов, ограничивающих рабочее давление форвакуумных плазменных источников электронов, вопрос о величине предельного давления электронных источников такого типа и способах его повышения остается открытым и требует проведения специальных исследований.

Цель работы состояла в проведении комплекса экспериментальных исследований, направленных на повышение предельного рабочего давления форвакуумных плазменных источников непрерывных электронных пучков.

Основные задачи настоящей работы заключались в определении ключевых факторов, ограничивающих работоспособность электронных источников при увеличении давления, а также поиск методов и технических решений, обеспечивающих расширение диапазона рабочих давлений в область более высоких значений. В задачи данной работы входили также исследования особенностей формирования, транспортировки и применения ускоренных электронных пучков, генерируемых в области предельных давлений форвакуумных плазменных источников электронов.





Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что для форвакуумных плазменных источников электронов:

1. Установлена роль и определена степень влияния параметров возникающего в ускоряющем промежутке высоковольтного тлеющего разряда (ВТР) на предельное рабочее давление.

2. Предложены оригинальные технические решения, обеспечивающие подавление ВТР и обуславливающие возможность достижения рекордных рабочих давлений уровня 100 Па.

3. Выявлены особенности формирования и прохождения электронного пучка в области максимальных давлений и исследовано влияние давления газа на процессы рассеяния электронного пучка и снижения энергии электронов.

Научная и практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что на основании проведенных исследований:

1. Создан опытный образец форвакуумного плазменного источника электронов, способный функционировать при рабочих давлениях газа до 100- Па.

2. Показана принципиальная возможность реализации на основе форвакуумных плазменных источников процессов электронно-лучевого спекания алюмооксидной и циркониевой керамик, а также вакуумно-плотной электроннолучевой пайки металла с керамикой.

3. Результаты работы могут быть использованы в других разрядных устройствах (плазменных ионных источниках, генераторах низкотемпературной плазмы), функционирующих в области рабочих давлений форвакуумного диапазона.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается систематическим характером исследований, использованием дублирующих методик измерений, удовлетворительным совпадением результатов экспериментов с результатами теоретических оценок и численного моделирования, а также практической реализацией полученных научных положений и выводов при создании электронного источника и его применении.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. В форвакуумном плазменном источнике электронов расширение рабочего диапазона давлений в область более высоких значений ограничено доминированием в токе электронного пучка компонента тока высоковольтного тлеющего разряда (ВТР), существующего в ускоряющем промежутке и в области транспортировки пучка. Превышение в полном токе электронного пучка тока ВТР над током эмиссии электронов из плазмы затрудняет возможность независимого регулирования тока и энергии электронного пучка и при дальнейшем повышении давления приводит к пробою ускоряющего промежутка.

2. Оптимизация конфигурации и размеров электродов ускоряющего промежутка форвакуумного плазменного источника электронов обеспечивает снижение в 2-3 раза тока высоковольтного тлеющего разряда в ускоряющем промежутке и обуславливает повышение верхнего предела области рабочих давлений электронного источника до 100 Па при использовании в качестве рабочего газа воздуха и до 160 Па - гелия. При работе электронного источника в области предельных рабочих давлений его максимальные параметры (ток и энергия электронов) снижаются в 2 -2,5 раза.

3. Для форвакуумных плазменных источников в процессе транспортировки электронного пучка при давлении газа (воздуха) до 30 Па рассеивается не более 30% ускоренных электронов, а расширение энергетического спектра и соответствующее уменьшение средней энергии электронного пучка составляет менее 10% от начальной энергии пучка. Такой уровень снижения параметров электронного пучка может считаться приемлемым для осуществления процессов электронно-лучевой обработки материалов. При более высоких давлениях эти источники электронов могут быть использованы для генерации объемной плазмы применительно к различным ионно-плазменным технологиям.

4. Создан экспериментальный образец форвакуумного плазменного источника электронов, обеспечивающий эффективную генерацию и транспортировку электронного пучка при давлении газа до 30 Па, что в 1,5 – 2,0 раза превышает ранее достигнутый уровень давлений. При ускоряющем напряжении 15 кВ ток сфокусированного пучка и плотность его мощности составляют 200 мА и 5*103 Вт/см2 соответственно. Достигнутые параметры электронного пучка обеспечили возможность электронно-лучевого спекания непроводящей алюмооксидной и циркониевой керамик, а также получение вакуумно-плотного соединения алюмооксидной керамики с алюминием и титаном.

Апробация. Результаты работ докладывались и обсуждались на:

11th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (Томск, 2012) и 7th International scientific and technical conference «BEAM TECHNOLOGIES AND LASER APPLICATION» (СанктПетербург, 2013), 11 Международной конференции «Газоразрядная плазма и ее применения» (Томск 2013), 17 Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии»

(Томск, 2012), Международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления» (Томск, 2011); 10 Международной конференции студентов и молодых учёных «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2013).

Личный вклад автора состоит в создании экспериментальной установки, выборе методик эксперимента, проведении исследований и анализе их результатов. Автором самостоятельно выдвинуты защищаемые научные положения, сделаны выводы и даны рекомендации, на основании которых разработана конструкция плазменного источника электронов, работающего в непрерывном режиме. Все результаты, составляющие научную новизну диссертации и выносимые на защиту, получены автором лично. Соавторы, принимавшие участие в отдельных направлениях исследований, указаны в списке основных публикаций по теме диссертации.

Публикации. По результатам исследований по теме диссертации опубликованы 24 работы, включая 5 статей в журналах, входящих в перечень ВАК, текстов докладов на Международных конференциях. Предложенные в процессе работы по теме диссертации технические решения защищены 3 патентами РФ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения, изложена на 105 страницах машинописного текста, содержит 84 рисунка, список цитируемой литературы включает 92 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность, цель, научная новизна, научная и практическая ценность работы. Излагается краткое содержание диссертации, формулируются выносимые на защиту научные положения.

Первая глава «Генерация электронных пучков плазменными источниками в форвакуумной области давлений» носит обзорный характер и посвящена анализу известных из литературы сведений об особенностях функционирования форвакуумных плазменных источников электронов. Рассмотрены особенности формирования пучков в форвакуумной области давлений. Большое внимание уделено рассмотрению влияния обратного ионного потока на условия функционирования и параметры форвакуумных плазменных источников электронов. Вклад в обратный поток ионов вносят и ионы из анодной плазмы «паразитного» высоковольтного тлеющего разряда (ВТР), ток которого при столь высоких давлениях становится соизмеримым с током из эмиссионной плазмы.

В форвакуумной области давлений зарядка диэлектрика, обрабатываемого электронным пучком, практически компенсируется ионами из плазмы, генерируемой самим пучком. Это открывает возможность электронно-лучевой обработки диэлектриков без использования дополнительного оборудования и методов для компенсации заряда пучка.

Несмотря на заметный прогресс, достигнутый в последнее время в разработке, исследовании и применении форвакуумных плазменных источников электронов, тем не менее, для успешного развития этих устройств требуется постановка и проведение дальнейших исследований.

В заключение главы сформулированы задачи исследований.

Вторая глава «Оборудование и методика проведения экспериментов»

посвящена описанию экспериментальной установки, а также методик диагностики пучка и пучковой плазмы. Форвакуумный плазменный источник электронов представлена на рис. 1.

При увеличении давления становится существенным ток высоковольтного тлеющего разряда (ВТР), что ограничивает возможность независимого управления параметрами плазменного электронного источника, а также приводит к существенному снижению величины предельного ускоряющего напряжения.

Изменением геометрии ускоряющего промежутка можно повысить его электрическую прочность и добиться уменьшения тока ВТР. Определение оптимальной геометрии ускоряющего промежутка (максимальное ускоряющее напряжение при минимальном ВТР) проводилось на различных рабочих газах, прохождения через остаточную атмосферу рабочего газа использовались следующие методы измерений: прямое изРисунок 1 – Схема форвакуумного мерение тока на коллекторе, калориметплазменного источника электронов: рия, измерение диаметра пучка, измереполый катод, 2- анод, 3- ускоряющий электрод, 4- фокусирующая катушка, 5- перфорированный электрод, 6- плазма, 7 - пучок электронов, разряда, Uа- источник ускоряющего лась путем измерения его диаметра на напряжения.

энергоанализатора: 1– коллиматорная коллектором.

щель шириной 100 мкм, 2–магнитный зазор соленоида. 3– электронный использование электростатического пучок, 4– пластина с щелями, энергоанализатора затруднено зажигаколлектор, 6– экран.

Для измерения энергии электронов был выбран магнитный анализатор (рис. 2).

Калибровка энергоанализатора проводилась в высоком вакууме (210-2 Па) с использованием плазменной электронной пушки.

Измерение концентрации пучковой плазмы и температуры электронов производилось с использованием одиночного Ленгмюровского зонда.

В третьей главе «Особенности формирования и транспортировки электронного пучка в области повышенных давлений» приведены результаты экспериментов, направленные на достижение максимальных рабочих давлений форвакуумного плазменного источника электронов. Повышение рабочего давления может привести к ситуации, когда электронный компонент тока высоковольтного тлеющего разряда (ВТР), существующего в ускоряющем промежутке, превысит ток эмиссии плазменного источника. Электроны плазменного источника и ВТР ускоряются до одной и той же энергии, и в этом смысле они неразличимы. Но даже в отсутствие пробоя ускоряющего промежутка, вызванного существованием ВТР, такой режим генерации электронного пучка является нерабочим для плазменного источника электронов, поскольку при этом теряется возможность независимого управления током электронного пучка и его энергией. Эффективно ток ВТР может быть снижен оптимизацией геометрии ускоряющего промежутка и выбором соответствующего рабочего газа. Электродная схема исходного и модернизированного ускоряющего промежутка форвакуумного плазменного источника электронов представлена на рис. 3.

Рисунок 3 – Схема ускоряющего промежутка источника электронов: а - исходная геометрия, б - модернизированная геометрия;1- анод, 2- перфорированный электрод, 3- высоковольтный изолятор, 4- ускоряющий электрод (экстрактор).

За ток ВТР принимался ток нагрузки Ie источника ускоряющего напряжения в условиях равенства нулю тока разряда Id. Для исходной геометрии ускоряющего промежутка при давлении 30 Па и ускоряющем напряжении 16 кВ ток ВТР может составлять 160 мА (рис. 4). Такое высокое значение тока ВТР приводит к недопустимому нагреву высоковольтного изолятора 3. Для снижения тока «паразитного» ВТР было принято во внимание, что ток ВТР определяется как протяженностью разрядного промежутка, так и площадью электродов. На основе моделирования и экспериментального тестирования ускоряющих промежутков с различными формами и размерами электродов была определена Ie, мА ток разряда Id = 0 мА: 1- исходная геометрия ускоряющего промежутка, 2ускоряющего промежутка.

от ускоряющего напряжения, рабочий газв электронном пучке форвакуумного гелий: 1,2 – 60 Па, 3,4- 100 Па, 5,6- Па, 1,3,5- Id=0 мА, 2,4,6- Id=600 мА.

Ik, мА Рисунок 6 – Зависимость тока коллектора воздух: 1,2 – 20 Па, 3,4- 60 Па, 5,6- 100 Па, 1,3,5- Id=0 мА, 2,4- Id=200 мА, 6- Id= Idm, т.е. максимально допустимому при данном Ua.

эмиссии из плазмы может быть использовано выражение, описывающее баланс ионов в пучковой плазме где - коэффициент, учитывающий зависимость тока ВТР от ускоряющего напряжения (был определен экспериментально), - сечение ионизации газа электронами пучка, jpl – ток электронов из плазмы разряда, Ua – напряжение на ускоряющем промежутке, n0 - концентрация нейтральных молекул газа, D - характерный продольный размер плазмы, равный ее диаметру, при котором еще возможно одномерное приближение, M – масса иона газа, Е - напряженность поля вблизи поверхности электрода. При условии задания значения критической напряженности поля E=Еcr, соответствующей образованию центров эмиссии на эмиссионном электроде, выражение позволяет найти величину напряжения пробоя ускоряющего промежутка.

При сохранении доминирования тока эмиссии электронов из плазмы над током ВТР, повышение рабочего давления форвакуумного плазменного источника электронов вызывает необходимость снижения тока электронного пучка и величины ускоряющего напряжения. При давлении в 60 Па и ускоряющем напряжении 8 кВ ток пучка составляет d, мм.

Рисунок 7 – Зависимость диаметра пучка 10 кВ, ток пучка 50 мА, рабочий газ – личения расстояния, пройденного электронным пучком, его диаметр значивоздух: 1- z=145 мм, 2- z=170 мм, 3- z=190мм.

двумя методами - методом прямого измерения тока и калориметрическим методом. Для удобства и наглядности представления результатов было выполнено вакуумной камере для давлений 10 и 50 сти экспериментальных данных измереПа, рабочий газ – воздух, ускоряющее ния тока пучка, дошедшего до коллектора, с результатами расчета. Моделированапряжение 10 кВ, ток пучка 50 мА.

ние производилось методом МонтеКарло для упругого и неупругого рассеяния моноэнергетического пучка элекIk / Ik0, отн.ед.

80 100 120 140 160 180 нулевое значение взят ток при минимально возможном z=70 мм.

Рисунок 9 – Зависимость тока коллектора При давлении 30 Па потери тока доот расстояния, рабочий газ – воздух, давление математического моделирования, 2- метод экспериментальная и расчетная нормикалориметрических измерений, 3- метод рованные зависимости обнаруживают прямых измерений.

I, отн.ед Рисунок 10 – Распределения электронов пучка, в котором могут находиться элекпучка по энергии, ускоряющее троны, возникшие в результате ионизанапряжение 10 кВ, ток коллектора – 30 мА: 1- 16 Па воздух, z=90 мм; 2- 16 Па ции газа в ускоряющем промежутке.

воздух, z= 170 мм; 3- 10-2 Па, z=170 мм, калибровочный.

энергии для двух значений давления газа – 16 Па и 10-3 Па и двух расстояний z – 9 см и 17 см от фокусирующей катушки электронного источника до входной апертуры энергоанализатора. Несмотря на относительно невысокую разрешающую способность этого измерительного устройства, на основе полученных результатов можно сделать заключение о том, что максимум распределения энергии электронного пучка с увеличением расстояния, пройденного пучком, сдвигается в сторону меньших значений энергий. Этот сдвиг оказывается более заметным с увеличением давления газа. Переход в форвакуумный диапазон давлений существенно расширяет энергетический спектр энергий электронов.

Несмотря на заметное возрастание поперечного сечения при транспортировке, такой электронный пучок может быть эффективно использован для обработки различных материалов, в том числе и диэлектриков. Привлекательным также представляется применение форвакуумных плазменных источников электронов для генерации объемной плазмы и инициирования плазмохимических реакций. Зондовые измерения показали, что температура электронов оказалась слабо зависящей от условий эксперимента и в расчетах концентрации принималась равной 2 эВ. Распределение концентрации плазмы измерялось как поперек пучка, так и вдоль траектории его распространения (рис. 11). За r= взята ось пучка Ускоряющее напряжение и ток пучка, дошедшего до коллектора, во всех экспериментах были одинаковы и равнялись Ua = 7 кВ и Ik= 30 мА.

Рисунок 11 –Зависимость концентрации ионов гелия при давлении P = 40 Па от:

а- радиальной координаты r, для z равных: 1 – 28 см; 2 – 34 см; 3 – 40 см;

б - продольной координаты z, для r равных: 1 – 0 см, 2 – 3 см, 3 – 6 см.

Из рис. 11 видно, что концентрация плазмы на периферии плазменного образования в два раза ниже чем на оси, в то время как вдоль продольной координаты z концентрация плазмы изменяется слабо.

При работе на других газах, таких как воздух, кислород, аргон характер зависимости распределения плазмы имеют практически те же значение, наблюдается спад концентрации с увеличением радиальной координаты, при этом концентрация плазмы составляет (2 – 7)*1015 м-3.

Четвертая глава «Форвакуумный плазменный источник электронов для формирования пучков в диапазоне давлений 1-100 Па» посвящена описанию форвакуумного плазменного источника элекВодяное сопротронов, обеспечивающего возможность генеративление ции непрерывного электронного пучка при повышенных давлениях вплоть до 100 Па. Внешний вид разработанного источника электронов Полый катод Система фокусировки Рисунок 12 – Внешний вид го плазменного источника электронов с модерфорвакуумного плазменного низированной геометрией ускоряющего промеисточника электронов.

Таблица 1 – Основные параметры источника электронов.

Ускоряющее напряжение 5-15 кВ Время непрерывной работы до 8 часов Рабочие газы Воздух, гелий, аргон, кислород, азот, Как уже отмечалось, использование для генерации электронного пучка источника с плазменным катодом, функционирующего в форвакуумном в диапазоне давлений, позволяет решить проблему накопления заряда на поверхности облучаемого диэлектрика. Именно этот фактор и обеспечил возможность электронно-лучевого спекания электрически непроводящей керамики.

В качестве объекта для спекания использовались образцы алюмооксидной и диоксидциркониевой керамик в виде дисков, изготовленных методом прессования из порошка. Для равномерного нагрева образцов облучение проводилось с двух сторон электронными пучками с примерно одинаковой плотностью мощности. Спрессованный образец 6 (рис. 13) помещался на графитовый тигель 7 в специальный держатель и располагался в плоскости перпендикулярной оси электронных пучков 5.

Рисунок 13 – Схема двух лучевого спекания (вид сверху): 1 –вакуумная камера, 2-электронные пушки с полым катодом, 3- системы отклонения, 4 –термозащитные экраны, 5– пучок электронов, 6- спекаемый образец, 7– графитовый тигель, 8- дополнительные зеркала, 9- смотровое окно, 10 – пирометр.

Измерение температуры образца проводилось бесконтактным методом при помощи пирометра RAYTEK 1MH. Для визуального наблюдения за поверхностью спекаемого образца, а также для контроля фокусировки пучков электронов на спекаемом образце в вакуумную камеру было дополнительно установлено два зеркала 8. Электронно-лучевое спекание керамики проходило при температуре 1300-1400 0С, время изотермической выдержки изменялось от 0 до мин. На рис. 14 представлена поверхность циркониевой керамики до и после спекания.

Рисунок 14 - Изображения поверхностной зёренной структуры циркониевой керамики:

а - неспеченная керамика, б – спеченная керамика.

Образцы циркониевой керамики после электронно-лучевого спекания имели среднюю плотность 95 % от теоретического значения (максимальное значение плотности достигло 97,3 %). После спекания поверхность образцов ровная, глянцевая. Режимами электронно-лучевого спекания можно регулировать размер зёрен в объёме керамики в пределах от 0,7 мкм до 24 мкм при сравнительно небольших отклонениях значений средней плотности от 97,3 % до 93,6 %.

Другим применением разработанного форвакуумного плазменного источника электронов является электронно-лучевая пайка металла с керамикой. В ходе анализа литературных данных и проведения ряда экспериментов для пайки была подобрана пара титан – алюмооксидная керамика, в качестве связующего элемента (припоя) между ними использовался алюминий (рис. 15).

Исследование полученных металлокерамических соединений методами растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа частичном растворении титана в алюминии. Испытание на устойчивость к термоциклированию паянных образцов показало их способность выдержать до (справа) пайки: вверху титан ВТ-5, внизу ла 20 МПа, причем разрыв происходил керамика ВК94-1.

Рисунок 16 – Распределение концентраодном технологическом цикле.

ции n элементов на границе керамикаалюминий-титан.

В заключении изложены основные результаты работы:

1. Для измерения параметров электронного пучка, генерируемого форвакуумным плазменным источником электронов в области предельных рабочих давлений, выбраны и обоснованы следующие экспериментальные методики:

сочетание прямых измерений тока пучка на коллекторе с калориметрией, измерение диаметра электронного пучка с помощью вращающегося диска, измерения энергетического спектра электронов электромагнитным анализатором, зондовая методика измерения параметров пучковой плазмы, сочетание термопары и пирометра для измерения температуры поверхности керамики, обрабатываемой электронным пучком.

2. Экспериментально показано, что в форвакуумном плазменном источнике электронов расширение рабочего диапазона давлений в область более высоких значений ограничено доминированием в электронном пучке компонента тока высоковольтного тлеющего разряда (ВТР), существующего в ускоряющем промежутке и в области транспортировки пучка и обеспечивающего поток ускоренных до полного напряжения ионов в сторону эмиссионного электрода электронного источника. Превышение в полном токе электронного пучка тока ВТР над током эмиссии электронов из плазмы затрудняет возможность независимого регулирования тока и энергии электронного пучка и при дальнейшем повышении давления приводит к пробою ускоряющего промежутка.

3. Предложены и реализованы технические решения конструкции ускоряющего промежутка форвакуумного плазменного источника электронов, оптимизирующие его конфигурацию и размеры для подавления «паразитного» высоковольтного тлеющего разряда в ускоряющем промежутке. В результате удалось снизать ток ВТР в 2-3 раза и тем самым повысить верхний предел области рабочих давлений электронного источника до 100 Па при использовании в качестве рабочего газа воздуха и до 160 Па - гелия. При этом в области предельных рабочих давлений форвакуумного плазменного источника электронов его максимальные параметры (ток и энергия электронов) снижаются в 2 -2,5 раза.

4. На основе исследований процессов транспортировки электронного пучка при повышенных давлениях определены области давлений в наибольшей степени приемлемые для конкретных применений форвакуумного плазменного источника электронов. Так при давлении газа (воздуха) до 30 Па рассеивается не более 30% ускоренных электронов, а расширение энергетического спектра и соответствующее уменьшение средней энергии электронного пучка составляет менее 10% от начальной энергии пучка. Такой уровень снижения параметров электронного пучка может считаться приемлемым для осуществления процессов электронно-лучевой обработки материалов. При более высоких давлениях эти источники электронов могут быть использованы для генерации объемной плазмы применительно к различным ионно-плазменным технологиям.

5. В результате проведенных исследований создан опытный образец плазменного источника электронов, формирующий пучок с энергией и током кэВ, 200 мА при давлении до 30 Па и 10 кэВ, 100 мА при давлении до 100 Па.

6. С использованием созданного форвакуумного плазменного источника электронов показана возможность электронно-лучевого спекания непроводящей алюмооксидной и циркониевой керамик, а также получения вакуумноплотного соединения алюмооксидной керамики с алюминием и титаном.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК:

1. Бурдовицин В. А. Расширение рабочего диапазона форвакуумных плазменных источников электронов в область более высоких давлений / В. А. Бурдовицин, А. К. Гореев, А. С. Климов, А. А. Зенин, Е. М. Окс // Журнал технической физики. – 2012. – Т. 82. – Вып. 8. - C. 62-66.

2. Зенин А. А. Генерация стационарных электронных пучков форвакуумным плазменным источником в области давлений 100 Ра / А. А. Зенин, А. С.

Климов, В. А. Бурдовицин, Е. М. Окс // Письма в журнал технической физики.

– 2013. – Т. 39. – Вып. 10. – C. 9-14.

3. Зенин А. А. Электронно-лучевая пайка алюмооксидной керамики с металлом с применением форвакуумного плазменного источника электронов / А. А. Зенин, А. С. Климов // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2013. – № 1 (27). - С. 10-13.

4. Золотухин Д. Б. Параметры плазмы, создаваемой электронным пучком в форвакууме / Д. Б. Золотухин, А. С. Климов, А. А. Зенин // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2013.

- № 4 (30). – С. 79-82.

5. Казаков А. В. Электронно-лучевой синтез диоксидциркониевой керамики / А. В. Казаков, А. С. Климов, А. А. Зенин // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2012. - № 2(26). – ч. 2. – С. 186-189.

Статьи в сборниках статей и трудов конференций:

6. Zenin A. A. Features of the functioning plasma electron source based on discharge with hollow cathode at high pressure / A. A. Zenin, A. S. Klimov, A. V.

Kazakov, V. A. Burdovitsin, E. M. Oks // Известия вузов. Физика. – 2012. - T. 55.

– № 12/3. – С. 220-222.

7. Zenin A. A. Sintering of alumina ceramics using plasma electron source / A. A. Zenin, A. S. Klimov, A. V. Kazakov, E. M. Oks, E. S. Dvilis, O. L. Khasanov // Известия вузов. Физика. – 2012. – Т. 55. – № 12/3. – С. 216-220.

8. Климов А. С. Тепловые процессы при спекании керамики с использованием плазменного электронного источника / А. С. Климов, А. А. Зенин, А. С.

Жигалкина // Известия вузов. Физика. – 2014. – Т. 57. – № 3/3. – С. 176-180.

9. Зенин А. А. Особенности транспортировки электронного пучка, генерируемого плазменным источником в форвакуумной области давлений / А. А. Зенин, А. С. Климов, Д. Б. Золотухин, Е. М. Окс // Известия вузов. Физика. – 2014. – Т. 57. – № 3/3. – С. 136-140.

10. Окс Е. М. Особенности формирования сфокусированного пучка электронов форвакуумным плазменным источником при повышенных давлениях / Е. М. Окс, Ю. А. Бурачевский, В. А. Бурдовицин, А. А. Гришков, А. А. Зенин, А. С. Климов // Успехи прикладной физики. – 2013. – Т. 1. – № 1. – С. 60-64.

11. Burdovitsin V. Electron beam sintering of zirconia ceramics / V. Burdovitsin, E. Dvilis, A. Zenin, A. Klimov, E. Oks, V. Sokolov, A. Kachaev // Advanced Materials Research. – 2014. – Vol. 872. – pp 150-156.

Патенты:

12. Пат. Российская Федерация, МПК B23K 1/005 (2006.01), B23K 1/ (2006.01), B23K 103/18 (2006.01). Способ изготовления трубчатого соединения алюмооксидной керамики с металлом / В. А. Бурдовицин, А. А.Зенин, А. С.

Климов, Е. М. Окс; заявитель и патентообладатель Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. - № 2012125918/02 (040000); заявл. 21.06.2012 (Решение о выдаче патента).

13. Пат. 116734 Российская Федерация, МПК H05H 5/00 (2006.01). Газоразрядный электронный источник / В. А. Бурдовицин, А. К. Гореев, А. А. Зенин, А. С. Климов, Е. М. Окс; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. - № 2011144541/07; заявл. 02.11.2011; опубл. 27.05.2012, Бюл. № 15. – 3 с.: ил.

14. Пат. Российская Федерация, МПК H01G 4/12 (2006.01). Способ спекания изделий диэлектрической керамики / В. А. Бурдовицин, А. А. Зенин, А. С.

Климов, Е. М. Окс; заявитель и патентообладатель Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. - № 2012147494/07 (076253); заявл. 07.11.2012 (Решение о выдаче патента).



Похожие работы:

«ЮЛЬМЕТОВ Айдар Рафаилевич СТРУКТУРА И МАГНИТНОРЕЗОНАНСНЫЕ ПАРАМЕТРЫ МОЛЕКУЛЯРНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МЕХАНИКИ, КВАНТОВОЙ ХИМИИ И СПЕКТРОСКОПИИ ЯМР 01.04.07 — физика конденсированного состояния АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук Казань — Работа выполнена на кафедре...»

«Селиванов Никита Иванович Влияние межмолекулярных взаимодействий на фотопроцессы замещенных акридина, кумарина и нильского красного в растворах и тонких пленках 02.00.04 – физическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Томск – 2011 Работа выполнена на кафедре физической и коллоидной химии химического факультета и в лаборатории фотофизики и фотохимии молекул Томского государственного университета Научный руководитель : кандидат...»

«ОСИПОВ ОЛЕГ СЕРГЕЕВИЧ ПЕРЕСТАНОВКИ ИНТЕГРАЛОВ В БАНАХОВЫХ ПРОСТРАНСТВАХ Специальность: 01.01.01 – Математический анализ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Томск 2009 Работа выполнена на кафедре математического анализа Томского государственного университета кандидат физико-математических наук, Научный руководитель : доцент Сибиряков Геннадий Васильевич Официальные оппоненты : доктор физико-математических наук, профессор...»

«Смирнов Евгений Владимирович ДИСКРЕТНЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ СОЛИТОНЫ И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В ФОТОРЕФРАКТИВНЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗАННЫХ ОПТИЧЕСКИХ КАНАЛЬНЫХ ВОЛНОВОДОВ В КРИСТАЛЛАХ НИОБАТА ЛИТИЯ Специальность 01.04.05 - Оптика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук ТОМСК – 2009 Работа выполнена в ГОУ ВПО Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. доктор физико-математических наук, Научный руководитель :...»

«Гадиров Руслан Магомедтахирович Экспериментальное и квантово-химическое исследование фотопроцессов в замещенных кумарина 02.00.04 – физическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Томск – 2007 Работа выполнена на кафедре физической и коллоидной химии химического факультета и в отделении Фотоника ОСП СФТИ ТГУ в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Томский государственный университет...»

«Ильичева Наталья Сергеевна ПОЛУЧЕНИЕ НОВЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКОЙ ПРИВИВОЧНОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИЕЙ ВИНИЛОВЫХ МОНОМЕРОВ НА ПОЛИЭТИЛЕН 02.00.06 – высокомолекулярные соединения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва – 2011 Диссертационная работа выполнена в Федеральном Государственном Унитарном Предприятии Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский физико-химический институт имени Л.Я....»

«Абдрашитов Андрей Владимирович СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПЛАЗМЕННО-ПЫЛЕВЫХ КРИСТАЛЛОВ В ПОЛЯХ РАЗЛИЧНОЙ КОНФИГУРАЦИИ Специальности: 01.04.07 – физика конденсированного состояния 01.04.02 – теоретическая физика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Томск – 2011 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН Научные руководители: доктор...»

«Бабаев Антон Анатольевич СПИНОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ ПЛОСКОСТНОМ КАНАЛИРОВАНИИ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЭЛЕКТРОНОВ, ПОЗИТРОНОВ И ТЯЖЕЛЫХ ВОДОРОДОПОДОБНЫХ ИОНОВ Специальность 01.04.02 – теоретическая физика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Томск – 2009 Работа выполнена на кафедре теоретической и экспериментальной физики Томского политехнического университета и в НИИ Ядерной Физики Томского политехнического университета Научный...»

«Шипуля Михаил Алексеевич Асимптотики однопетлевого эффективного действия квантовых полей с эллипсоидальным законом дисперсии Специальность 01.04.02 – теоретическая физика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Томск 2011 Работа выполнена на кафедре квантовой теории поля Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования “Национальный исследовательский Томский...»

«Казинский Птр Олегович e Эффективная динамика сингулярных источников в классической теории поля Специальность 01.04.02 – теоретическая физика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Томск 2007 г. Работа выполнена на кафедре квантовой теории поля Томского государственного университета. Научные руководители: доктор физико-математических наук, профессор Семн Леонидович...»

«Сидоров Евгений Николаевич ОСОБЕННОСТИ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СИЛЬНО ЛЕГИРОВАННОГО GaAs:Te В УСЛОВИЯХ КОРРЕЛИРОВАННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИМЕСИ Специальность 01.04.10 – физика полупроводников АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико–математических наук Томск – 2010 Работа выполнена в Омском филиале Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН Научный руководитель : кандидат физико–математических наук Давлеткильдеев Надим Анварович Официальные...»

«Наймушина Екатерина Александровна. УДК 538.945 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА РЕНТГЕНОЭЛЕКТРОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ СЛОЖНЫХ МЕДНЫХ ОКСИДОВ В СВЕРХПРОВОДЯЩЕМ СОСТОЯНИИ Специальность 01.04.01. – приборы и методы экспериментальной физики АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Ижевск – 2004 Работа выполнена в лаборатории электронной спектроскопии Института физики поверхности при Удмуртском государственном...»

«Пономарев Иван Викторович СТРУКТУРЫ ДЛЯ ДЕТЕКТОРОВ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНОГО АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ специальность 01.04.10 – физика полупроводников АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Томск – 2011 Работа выполнена на кафедре полупроводниковой электроники ГОУ ВПО Национальный исследовательский Томский государственный университет и в лаборатории физики полупроводников ОСП Сибирский физикотехнический институт...»

«УДК 517.917 БЫКОВА ТАТЬЯНА СЕРГЕЕВНА ЛЯПУНОВСКАЯ ПРИВОДИМОСТЬ ЛИНЕЙНОЙ СИСТЕМЫ С ПОСЛЕДЕЙСТВИЕМ 01.01.02 дифференциальные уравнения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Ижевск – 2005 Работа выполнена в ГОУ ВПО Ижевский государственный технический университет. Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор Тонков Евгений Леонидович Официальные оппоненты : доктор физико-математических наук, профессор...»

«Засухина Елена Семеновна Быстрое автоматическое дифференцирование в задачах оптимального управления Специальность 01.01.09 - Дискретная математика и математическая кибернетика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2007 Работа выполнена в Вычислительном центре им. А.А. Дородницына Российской академии наук Научный руководитель : доктор физико-математических наук Зубов Владимир Иванович Официальные доктор...»

«Лопухова Светлана Владимировна АСИМПТОТИЧЕСКИЕ И ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ПОТОКОВ ОДНОРОДНЫХ СОБЫТИЙ 05.13.18 Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Томск – 2008 Работа выполнена на кафедре теории вероятностей и математической статистики факультета прикладной математики и кибернетики ГОУ ВПО Томский государственный университет Научный...»

«Топовский Антон Валерьевич Построение точных решений с функциональными параметрами (2 + 1)-мерных нелинейных уравнений методом -одевания 01.04.02 – Теоретическая физика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Новосибирск – 2011 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Новосибирский Государственный Технический Университет на кафедре прикладной и теоретической физики физико-технического...»

«УДК 621.386.26. Широбоков Сергей Валентинович Импульсная рентгеновская трубка для 100 - см рентгеноэлектронного магнитного спектрометра. Специальность: 01.04.01 – приборы и методы экспериментальной физики. АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Ижевск – 2003 2 Работа выполнена на Кафедре физики поверхности Удмуртского государственного университета. Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Трапезников В.А. Официальные...»

«Аткарская Агата Сергеевна Изоморфизмы линейных групп над ассоциативными кольцами Специальность 01.01.06 математическая логика, алгебра и теория чисел АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук Москва 2014 Работа выполнена на кафедре высшей алгебры Механико-математического факультета ФГБОУ ВПО „Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова“....»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.