Ускоритель кислородной плазмы и его применение для испытания материалов атомной и космической техники

• Автор: Черник, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНИКИ ГЕНЕРАЦИИ НИЗКОЭНЕРГЕТИЧНЫХ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ И НЕЙТРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ И ВЫБОР ПРОТОТИПА УСКОРИТЕЛЯ КИСЛОРОДНОЙ ПЛАЗМЫ
1.1. Специфические требования к ускорителю для испытания
МАТЕРИАЛОВ
1.2. Обзор схем источников пучков заряженных и нейтральных частиц НИЗКОЙ ЭНЕРГИИ
1.3. Состояние исследований содержания примесей в пучках
1.4. Анализ происхождения примесей в источниках и возможности их уменьшения в плазменных пучках
1.5. Обзор методов обеспечения работоспособности генераторов плазмы в кислородсодержащей среде
1.6. Определение схемы ускорителя кислородной плазмы
Выводы
ГЛАВА 2. СОЗДАНИЕ УСКОРИТЕЛЯ КИСЛОРОДНОЙ ПЛАЗМЫ ДЛЯ ЗАДАЧ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ
2.1. Повышение ресурса работы МПДУ в кислородной плазме
2.11. Работоспособность прототипа в кислородной плазме
2.1.2. Разработка катодного узла с низкой эрозией
2.2. Метод снижения содержания примесей в плазменном пучке
2.2.1. Схема плазменного ускорителя с двойным контрагированием разряда.
2.2.2. Исследование влияния двойного контрагирования разряда и дополнительной откачки газа на содержание примесей в потоке плазмы.
2.2.3. Измерение содержания конденсирующихся примесей в потоке кислородной плазмы
2.3. Интегральные характеристики ускорителя плазмы
2.4. Модификация схемы ускорителя для повышения энергии ионов
Выводы
ГЛАВА 3. ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА В ИНТЕНСИВНЫХ ПУЧКАХ КИСЛОРОДНОЙ ПЛАЗМЫ
3.1. Конструкция экспериментального стенда
3.2. Измерение характеристик плазменного пучка
3.2.1. Диагностика электрическими зондами
3.2.2. Усовершенствование методики измерения потенциала пространства в потоке кислородной плазмы эмиссионным зондом с нагревом электронной бомбардировкой
3.2.3. Измерение среднемассовых параметров нейтрального компонента пучка
3.2.4. Масс-спектрометрия потока
3.2.5. Характеристики электромагнитного излучения из источника плазмы.
3.3. Определение характеристик материалов
3.3.1. Методики измерения потери массы образцов материалов
3.3.2. Измерение механических характеристик образцов материалов
Выводы
ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ УСКОРИТЕЛЯ КИСЛОРОДНОЙ ПЛАЗМЫ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ИОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ КАНДИДАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПЕРВОЙ СТЕНКИ ТЕРМОЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ
4.1. Анализ условий распылительного эксперимента при воздействии пучка кислородной плазмы
4.2. Воздействие пучков кислородной плазмы с энергией
ионов 10-100 эв на нержавеющие стали
4.2.1. Определение коэффициента распыления в припороговой области энергий
4.2.2. Определение характеристик распыления нержавеющих сталей различных классов
4.3. Применение ускорителя плазмы для изучения эрозии углеродных материалов
4.3.1. Исследование энергетической зависимости эрозии графита
4.3.2. Химическое распыление углеродных материалов различной структуры и состава
Выводы
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПУЧКОВ ПЛАЗМЫ КИСЛОРОДА И ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ НА МАТЕРИАЛЫ ВНЕШНИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
5.1. Вопросы проведения ускоренных имитационных испытаний
5.1.1. Адекватность имитационных условий натурным
5.1.2. Выбор режимов имитационных экспериментов
5.2. Изучение деградации механических свойств материалов
НАРУЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ
ПУЧКОВ КИСЛОРОДНОЙ ПЛАЗМЫ
5.2.1. Исследование эрозии углепластика без покрытия и с терморегулирующим покрытием
5.2.2. Деградация механических свойств материалов на основе синтетических волокон
5.3. Исследование влияния кислородной плазмы на оптические свойства
МАТЕРИАЛОВ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
5.3.1. Исследование эффективности защиты полиимидной пленки покрытиями различных типов
5.3.2. Имитационные испытания стойкости цветных лакокрасочных покрытий
5.4. Исследование распыления при имитации воздействия ксеноновой
ПЛАЗМЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ОРИЕНТАЦИИ
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

встречу электронному потоку в канале ПЭ, создаваемый путем дополнительной вакуумной откачки газа (ДВОГ) из полости Г1Э. Полученная таким образом схема газоразрядного источника плазмы дуоплазматронного типа признана изобретением [80].
Принципиальная схема ПУ, совмещающая полезные качества МПДУ и дуоплазма-трона приведена на рис. 2.3. Термокатод 1 помещен внутри ферромагнитного ПЭ 2. Между анодом 3 и ПЭ по трубке 4 подается защитный газ - водород, истекающий через отверстие в аноде в вакуумный объем 5, а через канал ПЭ в его полость. В полость анода по
кислород
ксенон
Рис. 2.3. Схема ускорителя с двойным контрагированием разряда. 1-полый термокатод с протоком инертного газа, 2-ферромагнитный промежуточный электрод, 3-анод, 4-трубка подвода защитного газа, 5-вакуумный объем, 6-трубка подвода плазмообразующего газа (кислорода), 7-патрубок дополнительной вакуумной откачки, 8-солсноид.
трубке 6 подается плазмообразующий газ-кислород. Водород выбран в качестве защитного газа, обладающего аномально высоким порогом катодного распыления (600 В для вольфрама) [25]. Использование водорода в качестве защитного газа позволяет уменьшить загрязнение пучка плазмы продуктами распыления поверхности ПЭ, заряженного отрицательно относительно анодной плазмы, хотя это сопровождается загрязнением пучка водородом. Как показали исследования, при работе на кислороде ускоритель обеспечивает достаточно низкое содержание примесей и без подачи защитного водорода. Это обусловлено малостью коэффициента распыления железа ионами кислорода [27]. Поэтому в большинстве описанных экспериментов подача водорода не применялась. Полость ПЭ откачивается дополнительной вакуумной системой через патрубок 7. Магнитное поле созда-