Экспериментальное исследование потока электронно-пучковой плазмы в плотном газе

• Автор: Ильин, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 79 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Установка по исследованию процессов взаимодействия концентрированных потоков электронов с газовыми средами контролируемого состояния
1.1 . Методы удаления оксидов азота из дымовых газов ТЭС
1.1.1. Принципиальная схема очистки дымовых газов от оксидов азота и серы плазмохимическими методами
1.1.2. Электронно-лучевые методы
1.1.3. Необходимость исследования ЭЛО с помощью концентрированных потоков электронов
1.2. Расчет основных узлов установки для изучения процессов взаимодействия концентрированных потоков электронов с газовыми средами контролируемого состояния
1.2.1. Блок - схема установки
1.2.2. Генератор пучковой плазмы
1.2.3. Узел подогрева газа с блоком подготовки газовой смеси
1.2.4. Радиационно-химический реактор
1.2.5. Система отвода газа
1.2.6. Вентиляционная система
1.3. Параметры установки для изучения процессов взаимодействия концентрированных потоков электронов с газовыми средами контролируемого состояния
2. Методика и оборудование для определения плотности тока первичных электронов
2.1. Методы определения параметров потока электронов в плотном газе
2.2. Теоретическое обоснование работы зонда первичных электронов
2.3. Конструкция зонда первичных электронов
2.4. Методика определения плотности тока первичных электронов
3. Основные параметры потока первичных электронов
3.1.Измерение основных параметров потока первичных электронов
3.1.1. Радиальное распределение плотности потока электронов
3.1.2. Деградация тока электронов
3.1.3. Мощность потока первичных электронов, вложенная в газ
3.1.4. Осевое распределение плотности тока первичных электронов
3.1.5. Огибающая потока первичных электронов, распространяющегося в плотном газе
3.2. Анализ полученных результатов
3.2.1. Физические процессы, протекающие при взаимодействии потока электронов с газом
3.2.2. Упругое рассеяние
3.2.3. Рассеяние электрона на электроне, неупругое рассеяние
3.2.4. Расчет траекторий электронов методом Монте-Карло
3.2.5. Сравнение экспериментальных данных с результатами расчета
Заключение
Список литературы
Введение

Актуальность работы
Вывод потоков электронов в плотную газовую среду (в том числе в воздушную атмосферу) существенно расширяет их технологические возможности. Вневакуумная реализация таких процессов как поверхностное упрочнение, сварка, резка металлов существенно повышает их производительность в сравнении с вакуумным исполнением. Вместе с тем открываются новые возможности применения таких потоков в решении задач плазмохимии, очистки дымовых газов от токсичных примесей и т.д.
В последние годы активизируются исследования по использованию концентрированных потоков электронов в данных технологиях [1,2,3]. Одновременно ведутся работы по созданию установок для их реализации [4,5].
Вывод концентрированных потоков электронов в плотную газовую среду снимает ограничения, налагаемые на параметры электронов, выводимых через фольговые окна. Появляется возможность снижения ускоряющего напряжения и увеличения плотности тока. Существенно упрощается система радиационной защиты персонала, повышается надежность оборудования, уменьшается его стоимость.
При прохождении потока электронов через плотный газ образуется электронно - пучковая плазма, характеризующаяся наличием трех основных компонентов это первичные электроны с характерной энергией десятки кэВ, медленные тепловые электроны и тепловые ионы. В данной работе основное внимание уделено исследованию потока первичных электронов.
Экспериментальные исследования процессов происходящих под воздействием концентрированных потоков электронов в плотном газе имеют свои особенности [6]. Это связано с тем, что методы определения пространственного распределения параметров первичных электронов в плотном газе, отработаны только для фольгового вывода. Они основаны на возможности расчета общей мощности потока по его току и энергии частиц, ионизационным потерям в фольге и потерям при прохождении электронов по газу известного

располагаться в таком месте установки перед входом в газовый тракт, где уже исключено токооседание на стенки конструкции (может быть, за исключением стенок радиационного реактора).
Для определения степени влияния концентрированного электронного потока на газодинамику облучаемого газа можно использовать рентгеновский метод [6]. Он основан на излучении рентгеновских лучей при торможении быстрых электронов на кулоновских полях атомов газа, причем спектр простирается от нуля до максимальной величины е^ц^-и, определяемой ускоряющим напряжением ускорителя и. Интенсивность тормозного излучения I газовой мишени линейно связана с концентрацией газа п и током электронов 1: /=с-/-п , (16)
где с - некоторая константа, зависящая от энергии частиц, элементного состава газа и угла наблюдения, которая, в принципе, может быть определена расчетным путем. Однако для проведения точных измерений представляется целесообразным экспериментальное измерение константы, проводя измерения рентгеновского излучения для разных значений энергии частиц и углов наблюдения при таких плотностях мощности потока, когда заведомо не происходит изменений плотности газа. При этом естественно, необходимо измерять ток электронов другим, независимым методе"'
Выделяя во время эксперимента с помощью подвижного коллиматора различные сечения области релаксации потока электронов, можно последовательно, начиная с входного сечения газового тракта, где известна средняя энергия частиц, определять плотность газа и расчетным путем изменение энергии по мере торможения частиц. Такие измерения способны дать информацию о роли зоны с высокой температурой в протекании радиационно-стимулированных химических реакций.
Кроме того, рентгеновский метод является практически единственным способом для определения энергии электронов в исследуемом сечении.
Зондовые методы позволили бы измерять пространственное распределение плотности тока первичных электронов, но данные методы не приемлемы в условиях плотной газовой среды. Дело в том, что плотность пучковой плазмы при инжекции потока электронов в плотный газ настолько