Динамика плазменных и ионных пучков в ускорителе на основе импульсного вакуумно-дугового разряда

• Автор: Черных, Алексей Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 124 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Вакуумно-дуговой разряд в источниках ускоренных ионов металлов

1.1. Механизмы ускорения ионов в вакуумно-дуговых разрядах

1.2. Особенности ускорения ионов в начальной стадии импульсного вакуумно-дугового разряда

1.3. Характеристики ионного пучка, сепарированного из сильноточного потока плазмы

Глава 2. Экспериментальная установка и методы диагностики

2.1. Описание установки

2.2. Характеристики разряда

2.3. Зондовые измерения

2.3.1. Ленгмюровский зонд

2.3.2. Эмиссионный зонд
2.3.3. Особенности работы зондов в некомпенсированных
ионных пучках
2.4. Ионный энергоанализатор
2.4.1. Устройство и основные характеристики
2.4.2. Основные характеристики детектора частиц
2.4.3. Калибровка энергоанализатора
2.5. Выводы к главе
Глава 3. Динамика параметров плазменной струи импульсного
вакуумно-дугового разряда
3.1. Зондовые измерения макроскопических параметров плазмы
3.2. Измерение энергетических спектров ионов в разряде
3.2.1. Спектры ионов в разных временных сечениях
вакуумно-дугового разряда
3.2.2. Спектры ионов различных материалов
3.2.3. Исследование углового распределения энергий ионов
3.3. Обсуждение результатов
3.4. Выводы к главе
Глава 4. Пучки ускоренных ионов, сепарированных из плазмы импульсного вакуумно-дугового разряда
4.1. Зондовые измерения макроскопических параметры ускоренной плазмы
4.2. Измерение энергетических спектров ускоренных ионов
4.2.1. Спектры ионов в разных временных сечениях
вакуумно-дугового разряда
4.2.2. Спектры ускоренных ионов в зависимости от различных
параметров эксперимента
4.3. Обсуждение результатов
4.4. Выводы к главе
Заключение
Список использованной литературы

Введение

Актуальность проблемы. Вакуумно-дуговые источники потоков металлической плазмы уже свыше 30 лет являются предметом обширных исследований [1, 2], что обусловлено как фундаментальным характером процесса образования и ускорения плазмы в таких системах, так и их многочисленными технологическим применениями. В частности, плазма вакуумно-дугового разряда применяется в модификации поверхности изделий путем имплантации, создания перспективных космических двигателей [3-5], в ядерных исследованиях [6-8]. Важной характеристикой плазменного потока в вакуумной дуге является энергетический спектр ионной компоненты, определяющий, в частности, реакционные характеристики металлической плазмы при синтезе композитных покрытий; структуру пленок, формируемых на поверхности подложки из углеродной плазмы и т.д. Хорошее соответствие разработанных моделей экспериментальным данным получено для процессов образования и ускорения ионов в стационарных вакуумно-дуговых разрядах. Однако, в последнее время все более широкое применение находят импульсные вакуумно-дуговые источники плазменных потоков, для которых картина формирования пучков ускоренных ионов материала катода еще далека от завершения. В частности, важным вопросом, требующим дополнительного исследования, является наблюдаемое в экспериментах изменение в течение импульса зарядового состава и энергетического спектра ионной компоненты.
Одной из наиболее перспективных и интенсивно развивающихся областей применения импульсных вакуумно-дуговых разрядов является создание на их основе технологических источников ускоренных пучков ионов металлов. Такие источники отличает простота конструкции, надежность, высокая интенсивность и большая апертура выходного ионного пучка, широкие функциональные возможности. Кроме того, сравнение источников ионных пучков, применяемых для модификации материалов,

Рисунок 2.6 - Характерные осциллограммы тока разряда 1а (а, с) и напряжения на ускоряющем промежутке Vаг (Ь, б) при изначально заданном С/осс
током сепарированного пучка. Из рисунка видно, что при токе 7=50 А через ЮОмкс напряжение падает на 3%, а при токе 7=100 Л приблизительно на 15%.
2.3. Зондовые измерения
2.3.1. Ленгмюровский зонд
Относительная простота конструкции зондов Ленгмюра и большой объем получаемой информации делает этот метод измерений одним из важнейших в диагностике низкотемпературной плазмы [85].
Измерения концентрации заряженных частиц в сверхзвуковом потоке плазмы имеет свои специфические особенности, поэтому более подробно рассмотрим процедуру измерения.
Локальные характеристики плазмы в данной работе измерялись с помощью плоского ленгмюровского зонда, схема работы которого представлена на рисунке 2.7.
Плоский зонд диаметром блш был ориентирован перпендикулярно к оси разряда и располагался в дрейфовой камере на расстоянии Ь = 150 ч- 500мм от катода. Чтобы запереть вторичные электроны, выбиваемые с поверхности зонда 6, сетка 8 находилась под отрицательным потенциалом относительно зонда - 200 В . Геометрическая прозрачность сетки составляла примерно