Низкополевая эмиссия с обращенных к плазме материалов термоядерных установок

• Автор: Синельников, Дмитрий Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 102 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1 Предпробойные токи с обращенных к плазме материалов, как
инициаторы униполярных дуг
1.1 Униполярные дуги
1.2 Вольт-амперная характеристика вакуумного промежутка
1.3 Формула Фаулера-Нордгейма для интерпретации предпробойных токов
1.4 Влияние на АЭЭ монослоя инородных адсорбированных атомов
1.5 Зависимость эмитируемых токов от длины вакуумного промежутка.
1.6 Механизм «включения» эмиссионных центров
1.7 Механизм пороэмиссии
1.8 Эмиссионные свойства материалов ТЯР при наличии пленок окисла.
Выводы из главы 1:
Глава 2 Описание экспериментальных установок
2.1 Стенд для измерения токов низкополевой эмиссии
2.2 Описание установки «Большой масс-монохроматор МИФИ»
2.3 Выводы из главы
Глава 3 Низкополевая электронная эмиссия с материалов ТЯУ
3.1 Эмиссия из газонасыщенных образцов графита МПГ-
Выводы
3.2 Эмиссионные свойства материалов ТЯР
3.2.1 Эмиссионные свойства вольфрамовых поверхностей
3.2.2 Эмиссионные свойства углеродосодержащих образцов
3.2.3 Выводы
3.3 Измерение эмиссионных свойств катодов, покрытых диэлектрической пленкой
3.3 Выводы
3.4 Визуализации эмиссионных центров на поверхности катода
3.4 Выводы
Глава 4 Эмиссия отрицательных ионов при низкополевой эмиссии электронов
4.1 Отрицательные ионы, как дополнительный источник примесей в плазму
4.2 Отрицательные ионы при низкополевой электронной эмиссии
4.2.1 Спектры отрицательных ионов в зависимости от напуска рабочих газов
4.2.2 Спектры отрицательных ионов при прогреве образца
4.2.3 Анализ элементного состава поверхности образца
4.2.4 Экспериментальное измерение и теоретическая оценка тока отрицательных ионов
4.3 Выводы к главе
Заключение
Литература

Введение.
В настоящее время при проектировании первого термоядерного реактора ITER большое внимание уделяется процессам, приводящим к эрозии первой стенки. Одним из негативных явлений в термоядерных установках, оказывающих существенный вклад в эрозию первой стенки, а также являющихся источником загрязнения плазмы, является образование униполярных дуг. Причиной зажигания дуги является разность потенциалов между плазмой и стенкой и, т.к. этот потенциал устанавливается на малом расстоянии от стенки, то создается сильное электрическое поле между ними. Механизм зажигания униполярной дуги до конца не изучен, однако, существует множество экспериментальных работ, в которых показано, что наибольшая вероятность зажигания униполярных дуг наблюдается на поверхностях, покрытых пленкой оксида [1-3], а также имеющих развитый рельеф [4]. Такие поверхности по сравнению с чистыми и гладкими часто обладают более высокой способностью эмитировать электроны, в том числе и при напряженностях электрического поля на несколько порядков меньших, чем необходимо для классической полевой эмиссии. Эмиссию электронов при таких напряженностях поля принято называть низкополевой [5]. Низкополевая эмиссия электронов (НПЭ) может вносить вклад в энергетический и массовый обмен между плазмой и стенкой, а также приводить к поверхностно-плазменным неустойчивостям [6].
В настоящее время нет общепринятой теории, объясняющей такой вид эмиссии электронов в широком диапазоне напряженностей электрических полей. Существует множество моделей низкополевой эмиссии, например, модель "включения" [7], модель пороэмиссии [8], которые в некоторых случаях значительно лучше согласуются с экспериментом, чем полевая эмиссия с учетом усиления поля на микроостриях. Однако эмиссия электронов в этих моделях определяется рядом параметров, (например, наличием или отсутствием пор и инородных включений на поверхности,
паразитных токов эмиссии. На катод подавалось отрицательное напряжение относительно земли с помощью источника постоянного напряжения FUG НСЕ35-12500 в диапазоне от 0 до 12500 В. В катодную цепь устанавливалось высоковольтное сопротивление, ограничивающее ток в цепи в случае пробоя так, чтобы при токах в несколько десятков микроампер падение напряжения на сопротивлении было пренебрежимо мало, по сравнению с напряжением на диоде. Ток электронов при этом измерялся микровольтнаноамперметром ЭК-1601, который подключался между анодом и землей и обладал диапазоном измеряемых токов от 0,5 нА до 1 мА. При необходимости измерения еще более малых токов использовался пикоамперметр Keithley 6485.
Рис. 2.1 Фотография сборки электродов с прогреваемым катодом
Однако в описанной электродной сборке было затруднительно выставить электроды достаточно параллельно для вакуумных промежутков в 1 мм и меньше. Малые промежутки предпочтительнее использовать при измерении эмиссионных свойств с гладких поверхностей, с которых регистрируемые токи эмитируются только при достаточно больших полях.