Комплексная система для использования в экспериментах в области пучковых технологий на базе импульсного сильноточного источника электронов и ионов

• Автор: Калмыков, Александр Викторович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 83 с. : ил

Оглавление
Введение

Г лава 1. Обзор импульсных сильноточных электронных и ионных источников (ИСИЭИ)

1.1. Плазменные газоразрядные источники

1.2. Источники с разрядным катодом

1.3. Источники с автоэмиссионными эмиттерами

1.4. Импульсные сильноточные источники с взрывной электронной и ионной эмиссией

1.5.Краткое заключение по главе

Глава 2 . Экспериментальная установка для получения электронных и ионных пучков

2.1. Описание ИСИЭИ

2.2. Автоматизированная система управления и контроля ИСИЭИ

2.3. Диагностическая аппаратура для контроля параметров ИСИЭИ
2.4. Краткие выводы по главе
Глава 3. Автоматическая система экспресс анализа облучаемых образцов
3.1. Снятие вольт-амперных характеристик
3.2. Измерение удельного сопротивления
3.3. Измерение ёмкостных характеристик
3.4. Программное обеспечение системы экспресс-анализа облучаемых образцов
3.5. Краткое заключение по главе
Г лава 4. Применение комплексной системы пучковых технологий (КСПТ) в экспериментах по напылению, синтезу и модификации новых материалов
4.1. Модифицированные методом пучковых технологий графитовые взрывоэмиссионные электроды
4.2. Структурные изменения никелевой фольги, полученные в результате облучения импульсным сильноточным электронным пучком
4.3. Напыление, модификация и синтез (3- фазы углеродно-азотистых Сз^

плёнок
4.3.1. Экспериментальная аппаратура и режимы напыления
4.3.2. Результаты измерений СИ плёнок
4.4. Краткие выводы по главе 4 Заключение Литература
Введение
Импульсный сильноточный источник электронов и ионов (ИСИЭИ), в основе которого лежит явление “ взрывной электронной эмиссии” /ю/ и “взрывной ионной эмиссии” /ш, был создан в Лаборатории физики частиц ОИЯИ в 1981 г. Эксплуатация установки ИСИЭИ в течение продолжительного времени показала её высокую надёжность. В течение всего этого времени она подвергалась изменениям в связи с различными применениями, но в целом её структурная схема оставалась одна и та же. Все эти годы установка эффективно использовалась для ведения исследований в области сильноточных пучков, в прикладных экспериментах по напылению, синтезу и модификации новых материалов. В последнее время акцент исследовательских работ на установке ИСИЭИ всё более смещается к решению прикладных задач. Работы в области поверхностной модификации материалов ставят задачи по исследованию новых методов синтеза материалов, таких как СИ, БЮ и др., которые находят широкое применение в промышленности. (Как пример: графит в электротехнике; карбид кремния БЮ- как полупроводник для высокотемпературного применения и др.) Это привело к
необходимости создания комплексной системы для проведения экспериментов в области пучковых Технологий (КСПТ). В комплекс КСПТ входят:
- импульсный сильноточный источник электронов и ионов ИСИЭИ, на котором создаются пучки электронов и ионов;
- автоматическая система экспресс-анализа облучаемых образцов (СЭА), предназначенная для оперативной коррекции режимов облучения.
На рис. 1 представлена структурная схема комплекса КСПТ.
Целью диссертационной работы является:
1. Создание комплексной системы КСПТ для использования в экспериментах в области пучковых технологий:

- создание автоматизированной системы управления и контроля ИСИЭИ;
- создание автоматической системы экспресс- анализа (автоматическое измерение электрических параметров облучаемых образцов).
2. Использование КСПТ для экспериментов в бласти пучковых технологий:
- модификация материалов при их облучении сильноточными электронными пучками;
- разработка новых технологий по напылению и модификации материалов.
1ВМ/АТ
Рис.1. Структурная схема комплексной системы КСПТ
В данной работе представлена разработанные автором диссертации автоматизированная система управления и контроля действующей сильноточной установки ИСИЭИ, и автоматическая система экспресс- анализа облучаемых образцов, объединённые в единый технологический комплекс КСПТ, предназначенный для исследовательской работы в области пучковых технологий. Приводится описание созданного пакета программ, поддерживающего работу комплекса КСПТ. Основной вклад в разработку программного обеспечения был осуществлён автором диссертации.

измерения включается двигатель и снижается высоковольтное напряжение до и=0. Отключается генератор задающих импульсов, отключается высоковольтный источник питания ВС-70 и источник питания модулятора. В режиме облучения время на обработку образца задаётся программой <Т1МЕ>. Эта программа позволяет задавать время в диапазоне от 1сек до 2 час. После облучения управление переходит в режим отключения вакуумной системы и снятия питания с установки. Все результаты измерения, полученные в процессе облучения выводятся на печать.
2.3. Диагностическая аппаратура для контроля параметров ИСИЭИ
Исходя из временных и амплитудных параметров электронного и ионного пучка:
- длительность переднего фронта импульса ^ф-ЗО не;
- длительность импульса напряжения =150-1000 не;
- амплитуда напряжения иа =100-300 кВ;
- амплитуда импульса тока пучка 1= 100-1500 А;
- плотность электронного тока ]= 25-1000 А/см2;
- плотность ионного тока ]= 5-140 А/см2;
а также свойств в вакуумных протяжённых каналах, использовалась стандартная диагностическая аппаратура. Для измерения параметров ионного и электронного пучка применялись :
1. Цилиндр Фарадея с низкоиндуктивными шунтами тока для измерения тока пучка

электронов.
2. Интегрирующие пояса Роговского для бесконтактного измерения импульсного тока пучка электронов и ионов./39/ Для получения сигнала пропорциональному току
пучка на выходе пояса Роговского ставят интегрирующую КС или ЬС цепочку.
При т «ІЖ иг=Ьі2ІьК/Ь, где иг-сигнал на выходе пояса Роговского; Ьи-коэфициент взаимной индукции провода с током пучка и катушки. В таблице 3 приведены характеристики поясов Роговского, которыми проводили измерение тока пучка.
3. Для измерения высоковольтного ускоряющего напряжения иа и энергии электронов
еиа использовались омические делители, изготовленные из сопротивлений ТВО-1. Амплитуда ускоряющего импульса измерялась десятиразрядным АЦП (К1108ПВ1), встроенном в блок УПРП. Точность измерения =1%. Визуальная регистрация сигналов