Генерация мощных ионных пучков в диодах с самоизоляцией и применение этих пучков для модификации поверхности материалов

• Автор: Харлов, Анатолий Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 133 с.

Оглавление
Введение
Глава 1. Обзор методов генерации мощных ионных пучков ( МИП)
Глава 2 Экспериментальная техника и диагностика МИП
2.1 Ускоритель "ПАРУС"
2.2 Экспериментальная техника в работах по применению МИП для модификации поверхности материалов
2.3 Диагностический комплекс
Глава 3 Генерация МИП в диодах с самоизоляцией и в микросекундных плазменных прерывателях тока (МППТ)...
3.1 Генерация и фокусировка МИП в диоде сферической геометрии с пассивным анодом
3.2 Генерация и фокусировка МИП в плазмонаполненном диоде сферической геометрии
3.3 Генерация МИП в микросекундном плазменном прерывателе тока
Глава 4 Применение МИП, генерируемого в МППТ, для модификации поверхности материалов
4.1 Физические основы модификации поверхности
4.2 Численное моделирование взаимодействия МИП с металлами
4.3 Экспериментальные результаты
Заключение
Список Литературы

Введение
Актуальность работы. Перспективность использования мощных импульсных ионных пучков ( МИП) для различных технологических целей и изучения новых физических явлений, происходящих при взаимодействии МИП с конденсированными средами, обусловливает необходимость развития методов генерации и фокусировки МИП. Взаимодействие МИП с твёрдым телом и процесс модификации поверхности при облучении ионным пучком также находится в стадии интенсивного теоретического и экспериментального изучения. Актуальность указанных тем несомненна.
Целью настоящей работы является получение мощных ионных пучков с энергией до 2 МэВ и их фокусировка до плотности тока более 10 кА/см2, а также исследование модификации поверхности металлов под действием МИП, генерируемого в микросекундном плазменном прерывателе тока ( МППТ).
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Создание наносекундного ускорителя “ПАРУС” с импедансом 2,8 Ом и номинальной мощностью 2x1011 Вт.
2. Исследование генерации и баллистической фокусировки МИП в различных схемах диодов с самоизоляцией.
3. Исследование однородности генерации ионных потоков в МППТ.
4. Исследование изменений микротвёрдости, коррозионной стойкости, усталостной прочности металлов и сплавов, обработанных ионным пучком, генерируемым в МППТ.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Впервые исследована работа ионного диода с магнитной самоизоляцией с пассивным анодом при применении плазменного прерывателя тока для обострения мощности на наносекундном

ускорителе. Показано, что в отличие от магнитно-изолированного диода с внешним магнитным полем, генерация МИП происходит на фронте импульса и задержка генерации МИП относительно начала импульса мала.
Впервые исследована генерация и фокусировка МИП в плазмонаполненном диоде сферической геометрии, который работает в цепи с индуктивным накопителем в режиме плазменного прерывателя тока с обострением мощности.
Впервые исследована модификация поверхности металлов под действием МИП, генерируемого в микросекундном плазменном прерывателе тока. Показано, что такая методика обладает рядом преимуществ перед развитой ранее технологией модификации, где МИП генерируется в стандартных ионных диодах.
Практическая значимость работы определяется тем, что её результаты могут быть использованы при проектировании схем ионных диодов. Полученные данные по модификации могут быть использованы для создания материалов с улучшенными свойствами поверхности ( микротвёрдость, коррозионная стойкость, усталостная прочность и т.д.).
Положения, выносимые на защиту:
1. Отсутствие внешнего магнитного поля в ионных диодах с самоизоляцией электронного потока обеспечивает образование плазмы на диэлектрическом аноде на фронте импульса напряжения и малую задержку генерации МИП относительно начала импульса. Показано что, однородность ионного тока в инверсной модификации сферического диода выше, чем в прямой. В инверсном диоде получена плотность тока в фокусе 15 кА/см2 при плотности мощности 2хЮ10 Вт/см2.
2. Продемонстрирована возможность работы плазмонаполненного диода сферической геометрии в цепи с индуктивным накопителем в режиме плазменного прерывателя тока с обострением мощности и

Таким образом, эффективность передачи энергии из ГИН в нагрузку составила около 50 % в соответствии с расчётами.