Плазменный источник электронов для генерации импульсных пучков в форвакуумной области давлений

• Автор: Медовник, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 110 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Плазменные источники импульсных и непрерывных электронных пучков, функционирующих в области повышенных давлений
1.1 Плазменные источники импульсных электронных пучков
1.2 Особенности функционирования плазменных источников электронов в форвакуумном диапазоне давлений
1.3 Источники электронов, функционирующие в форвакуумной области давлений
1.4 Выводы и постановка задач исследования
Глава 2. Особенности функционирования импульсного тлеющего разряда с полым катодом в форвакуумном плазменном источнике электронов
2.1 Техника и методика эксперимента
2.2 Особенности зажигания тлеющего разряда с полым катодом в импульсном форвакуумном плазменном источнике электронов..
2.3 Характеристики и параметры импульсного тлеющего разряда с полым катодом в форвакуумном плазменном источнике электронов
2.4 Выводы
Глава 3. Особенности эмиссии электронов из плазмы и формирования импульсного электронного пучка в форвакуумном диапазоне давлений
3.1 Техника и методика эксперимента
3.2 Обратный ионный поток в импульсном плазменном источнике электронов
3.3 Параметры импульсного электронного пучка
3.4 Временные характеристики импульсного электронного источника..
3.5 Процесе компенсации заряда при электронно-лучевой обработке изолированной мишени
3.5.1 Техника эксперимента
3.5.2 Результаты эксперимента
3.5.3 Анализ результатов эксперимента
3.6 Выводы
Глава 4. Импульсный электронный источник, функционирующий в форвакуумном диапазоне давлений
4.1 Конструкция импульсного электронного источника
4.2 Параметры и характеристики электронного источника
4.3 Применение импульсного источника электронов для обработки
высокотемпературных керамик
4.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение
Обработка материалов низкоэнергетичными импульсными сильноточными электронными пучками, приводящая к нагреву или оплавлению лишь тонкого поверхностного слоя, обеспечивает существенную модификацию свойств материала на больших глубинах и, как результат, значительные эффекты в повышении микротвердости, коррозионной стойкости, а также снижении коэффициента трения. Для данной технологии модификации поверхностных свойств материалов используются, как правило, плазменные источники электронов с нестационарной или квазистационарной эмиссионной границей плазмы. При этом номенклатура изделий, обрабатываемых импульсными электронными пучками, была ограничена металлами, сплавами и другими проводящими материалами.
В последнее время существенное развитие получили так называемые форвакуумные плазменные источники электронов. Принципиальным отличием этих устройств является их способность к генерации пучков в ранее недоступной области давлений (5 - 20) Па, которая может достигаться с использованием лишь одной механической (форвакуумной) ступенью откачки. Указанное преимущество имеет, несомненно, значение, однако, одним из главных достоинств форвакуумных источников электронов является их способность непосредственной обработки непроводящих материалов. Как показали специально проведенные эксперименты, в форвакуумной области давлений при воздействии ускоренного электронного пучка на изолированную мишень установившийся плавающий потенциал этой мишени оказывается близким к потенциалу земли. Именно этот эффект и обуславливает возможность эффективной обработки диэлектриков электронным пучком с энергией, практически соответствующей величине ускоряющего напряжения. Применение форвакуумных плазменных электронных пушек для обработки непроводящих материалов было успешно

- принцип сочетания в ВТР в едином пространстве областей генерации плазмы и формирования электронного пучка упрощает электродную систему, но и ограничивает возможности по независимому регулированию тока электронного пучка и его энергии.
Параметры других источников приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 Характеристики электронных источников на основе самостоятельного [58-60] и несамостоятельного [61, 62] ВТР.
Параметры источника [58] [59] [60] [61] [62]
Ускоряющие напряжение, кВ 50 120 150 150
Плотность тока пучка, А/см2 0.08 1/15/10 0.5 0.2 0.
Длительность импульса, МКС 200 0.3/0.0 5/0.02 8 10
Площадь сечения пучка, см2 182 20 2.5x1.5 10x100 6x
Давление рабочего газа, Па 8(Не) 0.4/20/ 40(Не) 6.7(Не) 4(Не) 2(Не)
1.4 Выводы и постановка задач исследования
На основании проведенного анализа следует отметить, что существующие импульсные источники электронов с плазменным катодом, использующие для генерации пучка плазменную поверхность, позволяют обеспечить плотности тока до 200 А/см2. Однако данные источники функционируют при давлении менее 1 Па. Причем приближение к верхней границе давлений снижает предельные параметры. Импульсные источники на основе ВТР способны функционировать при давлениях 5-15 Па, но обладают сравнительно небольшими плотностями тока (до 15 А/см2). Кроме того, источники на основе ВТР обладают существенным недостатком,