Многодуговой плазменный эмиттер электронов для генерации радиально сходящегося пучка

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Представлены результаты исследований по генерации радиально сходящегося электронного пучка в источнике с многодуговым сеточным плазменным эмиттером. Достигнуты режимы генерации электронного пучка, достаточные для модификации поверхности металлических материалов и изделий цилиндрической формы с расчетной плотностью энергии пучка на коллекторе до 20 Дж/см2 при длительности импульса до 500 мкс. С использованием автоматизированной системы измерения параметров плазмы и одиночного зонда Ленгмюра в диапазоне тока дугового разряда 50–120 А и длительности импульса 50–500 мкс проведены измерения распределения параметров эмиссионной плазмы в сеточном плазменном эмиттере в азимутальном и аксиальном направлениях. Приведены сравнения электронных ветвей зондовой характеристики при различных давлениях рабочего газа (p = 5 ∙ 10–2 Па и p = 8.5 ∙ 10–2 Па). Созданный источник электронов открывает новые возможности для модификации поверхности различных материалов и изделий цилиндрической или более сложной форм с целью изменения функциональных и эксплуатационных свойств этой поверхности.

Full Text

Restricted Access

About the authors

M. С. Торба

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: torba@opee.hcei.tsc.ru
Russian Federation, 634055, Томск, просп. Академический, 2/3

С. Ю. Дорошкевич

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Email: torba@opee.hcei.tsc.ru
Russian Federation, 634055, Томск, просп. Академический, 2/3

M. С. Воробьев

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Email: torba@opee.hcei.tsc.ru
Russian Federation, 634055, Томск, просп. Академический, 2/3

A. A. Гришков

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Email: torba@opee.hcei.tsc.ru
Russian Federation, 634055, Томск, просп. Академический, 2/3

Н. Н. Коваль

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Email: torba@opee.hcei.tsc.ru
Russian Federation, 634055, Томск, просп. Академический, 2/3

Р. A. Картавцов

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Email: torba@opee.hcei.tsc.ru
Russian Federation, 634055, Томск, просп. Академический, 2/3

M. A. Мокеев

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Email: torba@opee.hcei.tsc.ru
Russian Federation, 634055, Томск, просп. Академический, 2/3

Д. A. Шпанов

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Email: torba@opee.hcei.tsc.ru
Russian Federation, 634055, Томск, просп. Академический, 2/3

References

  1. Бугаев С.П., Крейндель Ю.Е., Щанин П.М. Электронные пучки большого сечения. М.: Энергоатомиздат, 1984.
  2. Гаврилов Н.В., Гушенец В.И., Коваль Н.Н., Окс Е.М. и др. Источники заряженных частиц с плазменным эмиттером. Екатеринбург: Наука, 1993.
  3. Коваль Н.Н., Окс Е.М., Протасов Ю.С., Семашко Н.Н. Эмиссионная электроника. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009.
  4. Крейндель Ю.Е., Мартенс В.Я., Съедин В.Я., Гавринцев С.В. // ПТЭ. 1982. № 4. С. 178.
  5. Ефремов А.М., Ковальчук Б.М., Крейндель Ю.Е., Толкачев В.С., Щанин П.М. // ПТЭ. 1987. № 1. С. 167.
  6. Источники электронов с плазменным эмиттером / Под ред. Ю.Е. Крейнделя. Новосибирск: Наука, 1983.
  7. Grigoriev S.V., Koval N.N., Devjatkov V.N., Teresov A.D. // Proc. 9th Intern. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Tomsk, 2008. P. 19.
  8. Григорьев С.В., Девятков В.Н., Миков А.В., Москвин П.В., Тересов А.Д. // Известия вузов. Физика. 2014. Т. 57. № 11/3. C. 58.
  9. Иванов Ю.Ф., Коваль Н.Н. Структура и свойства перспективных металлических материалов / Под ред. А.И. Потекаева. Томск: НТЛ, 2007.
  10. Гришунин В.А., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Денисова Ю.А. Электронно-пучковая модификация структуры и свойств стали. Новокузнецк: Полиграфист, 2012.
  11. Волков К.В., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Гришунин В.А. Повышение усталостной выносливости рельсовой стали электронно-пучковой обработкой. Новокузнецк: Интер-Кузбасс, 2013.
  12. Райков С.В., Будовских Е.А., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Ващук Е.С. Формирование структурно-фазовых состояний и свойств поверхности титановых сплавов при электровзрывном легировании и последующей электронно-пучковой обработке. Новокузнецк: Интер-Кузбасс, 2014.
  13. Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Коновалов С.В., Аксенова К.В. Усталость силумина, модифицированного электронно-пучковой обработкой. Новокузнецк: Полиграфист, 2016.
  14. Эволюция структуры поверхностного слоя стали, подвергнутой электронно-ионно-плазменным методам обработки / Под ред. Н.Н. Коваля, Ю.Ф. Иванова. Томск: НТЛ, 2016.
  15. Воробьев М.С., Григорьев С.В., Москвин П.В., Сулакшин С.А. // Изв. вузов. Физика. 2014. Т. 57. № 11/3. С. 199.
  16. Воробьев М.С., Гамермайстер С.А., Девятков В.Н., Коваль Н.Н., Сулакшин С.А., Щанин П.М. // Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40. № 12. С. 24.
  17. Воробьев М.С., Девятков В.Н., Коваль Н.Н., Сулакшин С.А. // Изв. вузов. Физика. 2017. Т. 60. № 8. С. 109.
  18. Кизириди П.П., Озур Г.Е. // ПТЭ. 2023. № 4. С. 84. https://doi.org/10.31857/S0032816223030072
  19. Энгелько В.И., Павлов Е.П., Ткаченко К.И., Щеголихин Н.П. // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы. 2019. № 1. С. 67. https://doi.org/10.55176/2414-1038-2019-1-67-74
  20. Коваль Н.Н., Девятков В.Н., Воробьев М.С. // Изв. вузов. Физика. 2020. Т. 63. № 12. С. 7. https://doi.org/ 10.17223/00213411/63/10/7
  21. Torba M.S., Doroshkevich S.Y., Vorobyov M.S. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2023. № 87. Suppl. 2. P. 318. https://doi.org/10.1134/S1062873823704798
  22. Doroshkevich S.Y., Vorobyov M.S., Kovalsky S.S. et al. // J. Physics: Conference Series. Proc. 14th Inter. Conf. “Gas Discharge Plasmas and Their Applications”. 2019. V. 1393. 012006. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1393/1/012006

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic diagram of the experimental setup: 1 – arc discharge combustion region, 2 – accelerating gap, 3 – fine-structured emission grid, 4 – hollow anode, 5 – ignition electrode, 6 – cathode, 7 – collector, 8 – dielectric, 9 – plasma emitter, 10 – vacuum chamber.

Download (131KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Structural diagram of the probe system for measuring emission plasma parameters.

Download (103KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Scheme for measuring the probe characteristic relative to the anode of the arc discharge.

Download (124KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. I–V characteristic of a low-pressure arc discharge in an electron source with a plasma cathode.

Download (85KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Comparison of probe characteristics at different pressures (Id = 70 A) (a), discharge currents (p = 5 ∙ 10⁻² Pa) (b), moments relative to the beginning of the pulse (Id = 80 A, p = 5 ∙ 10⁻² Pa) (c).

Download (468KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Azimuthal distribution of the emission plasma concentration (p = 5 ∙ 10⁻² Pa).

Download (151KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Axial distribution of the emission plasma concentration on the plasma generator axis (p = 5 ∙ 10⁻² Pa).

Download (219KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Oscillograms of discharge currents and currents in the accelerating gap (p = 5 ∙ 10–² Pa) (a) and the autograph of the electron beam on a stainless steel collector at a beam current Ib = 100 A, accelerating voltage U₀ = 45 kV and pulse duration τ = 150 μs (J ≈ 13 J/cm²) (b).

Download (128KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences