Экспериментальное исследование потоков заряженных частиц из плазмы импульсных вакуумных разрядов

Музюкин, Илья Львович

Экспериментальное исследование потоков заряженных частиц из плазмы импульсных вакуумных разрядов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

Музюкин, Илья Львович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Екатеринбург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2008 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.13 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Экспериментальное исследование потоков заряженных частиц из плазмы импульсных вакуумных разрядов»

Автореферат диссертации на тему "Экспериментальное исследование потоков заряженных частиц из плазмы импульсных вакуумных разрядов"

На правах рукописи

Музюкин Илья Львович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТОКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ИЗ ПЛАЗМЫ ИМПУЛЬСНЫХ ВАКУУМНЫХ РАЗРЯДОВ

Специальность 01.04.13 - «Электрофизика, электрофизические установки»

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Екатеринбург, 201

003455801

Работа выполнена в Институте Электрофизики УрО РАН

Научный руководитель

кандидат физико-математических наук Игорь Владимирович Уйманов (ИЭФ УрО РАН)

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук

Николай Борисович Волков (ИЭФ УрО РАН)

доктор физико-математических наук, профессор

Виктор Львович Паперный

(Иркутский государственный университет)

Ведущая организация

Институт сильноточной электроники СО РАН г.Томск

Защита состоится 23 декабря 2008 года в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 004.024.01 при Институте электрофизики УрО РАН по адресу: 620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 106.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЭФ УрО РАН.

Автореферат разослан « » 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.ф.-м.н. 1Я--Т-Т-А. Н.Н.Сюткин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Вакуумный разряд является наиболее эффективным источником плазмы, имеющим широкий спектр научного и технологического применения. Наиболее известными сферами применения плазмы вакуумного разряда в научной сфере является разработка источников ионов для ускорителей, применение ускоренных ионов в ядерных исследованиях и в исследованиях инерциального термоядерного синтеза. В технологической области плазма вакуумного разряда применяется в модификации поверхности изделий путем имплантации и осаждения, создания перспективных космических двигателей и эффективной лазерной накачки. Одним из важнейших явлений, определяющим процессы в источниках плазмы на основе вакуумных разрядов, является коллективное ускорение ионов при разлете плазмы в вакуум. Объяснение и впоследствии управление этим явлением имеет определяющее значение для получения новых высокоэффективных источников плазмы для технологического применения и научных исследований. Получение новых экспериментальных данных относительно потоков плазмы в вакуумных разрядах может помочь в прояснении физической картины процессов ионизации и ускорения плазмы в этих разрядах, что позволит оптимизировать многочисленные технологические и научные устройства, использующие плазму вакуумного разряда.

Цель работы: Целью настоящей работы является экспериментальное исследование потока плазмы электрического разряда в вакууме. При этом основной задачей являлось выявление ранее не исследованных, но важных параметров разрядов, нахождение общих черт и зависимостей для различных видов разрядов и, по возможности, определение общей качественной картины процесса расширения плазмы в вакуум.

При этом задачи можно конкретизировать следующим образом:

• Определение временных характеристик потока плазмы вакуумной дуги, условий ускорений для различных типов заряженных частиц;

• Получение относительных количественных данных об ускоренных ионах в вакуумной искре. При этом параметры разрядного импульса должны обеспечивать функционирование только одного цикла взрывной эмиссии. Получение зависимости параметров плазмы от геометрии разряда;

• Исследование параметров плазмы наносекундного перекрытия диэлектрика для различных конфигураций разряда.

Научная новизна: На основе схемы спектрометра Томсона разработано и создано диагностическое оборудование, которое позволяет проводить автоматический количественный анализ энергетического и масс-зарядового состава потока ионов импульсных источников плазмы.

На основе сочетания электростатического энерго-анализатора и времяпролетного масс-анализатора создана экспериментальная установка и разработан метод измерений нестационарных процессов в потоке заряженных частиц из плазмы вакуумной дуги.

Впервые были проведены исследования потока плазмы под катодной поверхностью вакуумной дуги, выяснен энергетический и зарядовый состав потока ионов, а также временной характер общего ионного потока.

Впервые исследован временной характер потока ионов в вакуумной дуге с временным разрешением до 200 не. Было выяснено, что поток ионов представляет собой последовательность интенсивных выбросов с практическим отсутствием постоянной составляющей.

Впервые проведен временной анализ потока ускоренных электронов из плазмы вакуумной дуги. Показано, что потоки ускоренных электронов имеют характер выбросов с длительностью 50-200 не. Появление ускоренных электронов обычно связано с нестабильностью тока дуги. Потоки электронов в различных направлениях распространяются синхронно, причем интенсивность потока достигает максимума в направлении нормали к

поверхности катода и опускается до уровня шума в тангенциальном направлении.

Впервые исследованы параметры потока ионов наносекундной вакуумной искры с длительностью импульса напряжения 20 не. Получены параметры зарядового массового состава и энергетического распределения ионов. Получена зависимость параметров потока от расстояния анод - катод.

Исследован наносекундный (длительность импульса напряжения 20 не) разряд по поверхности диэлектрика. Впервые получены относительные количественные данные о массовом зарядовом и энергетическом составе потока ионов. Выявлены особенности разлета плазмы в различных направлениях от поверхности диэлектрика. Выявлен эффект селективного ускорения ионов водорода в наносекундном комбинированном разряде.

Структура диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 129 страниц, включает в себя 65 иллюстраций, список цитируемой литературы состоит из 105 наименований.

Основные положения, выносимые на защиту".

1. С помощью прямых корпускулярно-спектроскопических методов впервые исследован зарядовый состав плазмы и распределение ионов по энергиям в вакуумной искре с длительностью импульса 20 не и амплитудой 150 кВ. На основе полученных результатов показано, что зарядовый состав плазмы высоковольтной наносекундной вакуумной искры совпадает с зарядовым составом плазмы установившегося дугового разряда. При этом энергетическое распределение ионов вакуумной искры с медным катодом имеет несколько максимумов, которые смещаются в сторону более высоких энергий с ростом заряда иона и с увеличением межэлектродного расстояния.

2. На основе исследования с угловым разрешением энерго-массового состава потока ионов из плазмы наносекундного вакуумного пробоя по

поверхности полиэтилена высокого давления показано, что ионы водорода ускоряются в более широком телесном угле с углом раствора >90°, чем ионы углерода, для которых этот угол раствора не превосходит 40°. При этом ионы углерода ускоряются на большем расстоянии от поверхности диэлектрика, которое может достигать нескольких сантиметров, чем ионы водорода.

3. Обнаружен эффект селективного ускорения ионов водорода в наносекундном комбинированном разряде, совмещающем в себе разряд по поверхности полиэтилена и пробой вакуумного промежутка. Этот эффект состоит в том, что при величине вакуумного промежутка более 2 мм и подаче положительного высоковольтного импульса в потоке ионов регистрируются только ионы водорода, ускоренные до энергий, которые могут на порядок превышать энергии ионов водорода при отсутствии вакуумного промежутка.

4. Поток электронов из плазмы вакуумного дугового разряда с энергиями, превышающими падение напряжения на разряде, представляет собой последовательность выбросов тока длительностью от 50 до 200 не. Появление выбросов тока ускоренных электронов синхронно во времени для различных направлений и при этом наибольшая интенсивность потока электронов наблюдается в направлении, нормальном к катодной поверхности

Апробация работы. По результатам работы опубликовано 16 печатных работ в центральной и международной печати, в материалах международных конференций. Результаты работы докладывались на международном симпозиуме по разрядам и электрической изоляции в вакууме (18БЕ1У) в 1998 г. в г. Эйндховен и в 2004 г. в г. Ялта. На конференции «Физика экстремальных состояний вещества» Эльбрус 2004, 2005,2006 гг.

Вклад автора в разработку проблемы. Автором осуществлены выбор и разработка методики исследований. Проектирование и создание экспериментальных установок. Проведение экспериментов и анализ результатов. Оформление результатов и написание печатных работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертации, определены основные цели работы, изложена ее научная новизна и краткое содержание диссертации, формулируются выносимые на защиту научные положения.

Первая глава носит обзорный характер и посвящена рассмотрению наиболее важных результатов в области исследования потоков плазмы в вакуумных разрядах, имеющихся в литературе. Описаны экспериментальные исследования вакуумной искры и вакуумного дугового разряда. Рассмотрены экспериментальные методы, их достоинства и недостатки, а также их влияние на результаты исследований. Рассмотрение процесса разлета плазмы в вакуум было разделено на два принципиально отличающихся случая. Основным критерием разделения принято наличие явной границы плазма -вакуум во время процесса разлета плазмы. Для существования такой границы длительность разрядного импульса должна быть меньше времени достижения плазмой заземленных электродов или стенок камеры. Характерные энергии ионов в этом случае лежали в диапазоне от десятков 7 р _„ ' 3 5 п кэВ до десятков МэВ. Вариант с

_ та отсутствием явной границы плазма-

Г—\\—1 вакуум реализуется во время дугового 6

разряда относительно большой длительности. Поток плазмы дугового

Рис. 1. Общий вид и конструкция

спектрометра: разряда содержит в основном поток

1- коллиматор. 2 - магнитные экраны,

, ионов с энергиями от десятков до сотен

3 - полюсные наконечники, г

4 - магнитные катушки, 5 - детектор, ЭВ. В конце обзора дано краткое 6 - окно, 7 - источник ионов

описание основных теоретических моделей, используемых для объяснения исследуемых явлений. Существующие теоретические модели объясняют наличие ускоренных ионов в плазме вакуумных разрядов, данные теоретических расчетов совпадают с

экспериментальными по порядку величины. Однако не было теоретически получено объяснение формы энергетических распределений ионов в плазме вакуумных разрядов, а так же зависимости характерных энергий ионов от масс и зарядовых состояний ионов.

Во второй главе рассмотрены основные методики, примененные в диссертационной работе для исследования плазмы вакуумных разрядов.

Основным методом в исследовании наносекундных импульсных разрядов в вакууме являлся спектрометр Томсона с автоматической системой фотометри-рования.

Схема спектрометра представлена на Рис.1 В качестве детектора использовалась микроканальная

пластина для усиления сигнала до 10000 раз. За МКП находился люминофорный экран, свечение которого регистрировалось CCD камерой. Анализ спектрограмм проводился наложением расчетных парабол на спектрограмму и считыванием интенсивности для каждой энергии.

Для измерений энергетического спектра и временной зависимости потока ионов в дуге использовался электростатический энерго-анализатор, совмещенный с времяпролетным масс-анализатором. Электростатический дискриминатор энергии конденсаторного типа настроен на определенное значение E/Z. Для получения полного энергетического спектра на блок пластин (2, 3, 4) и пролетную трубу (5) подается линейно изменяющееся напряжение. Для получения масс-зарядового состава нужно, чтобы время сканирования было бы меньше разности пролета ближайших по параметру MIZ частиц. Для временного анализа потока ионов одного значения EIZ

Рис.2. Электрическая схема анализатора:

1 - входной узел, 2 - нижняя пластина, 3 - верхняя пластина, 4 - коллектор, 5 - пролетная труба, 6 - детектор, 7 - усилитель, 8 - осциллограф, 9 -ПК, 10 - юстировочное зеркало

напряжения на пластинах остаются постоянными и, если токовый импульс меньше разности пролета ближайших по MIZ, можно получить сигналы для каждой группы ионов и совместить их друг с другом и с сигналом тока дуги.

В третьей главе описываются измерения потока плазмы в наносекундных вакуумных разрядах, с использованием спектрометра Томсона.

В разделе 3.1 описываются эксперименты с наносекундной вакуумной искрой. Основной задачей в проведении этих экспериментов была попытка получить параметры плазмы, образованной за один цикл взрывоэмиссионного центра - эктона. Для этого был использован высоковольтный наносекундный генератор РАДАН с амплитудой импульса 150 кВ и длительностью 5 не. Так как вакуумный промежуток не является согласованной нагрузкой, в импульсе напряжения присутствуют отражения. Общая длина импульса увеличивается до 20 не. Вакуумный диод представляет собой острийный катод и сеточный анод. Расстояние анод-катод могло меняться. Были получены энергетические спектры ионов для медного и графитового катодов в зависимости от расстояния анод-катод (Рис.3). Из приведенных рисунков видно, что кривые спектров имеют несколько максимумов. Эти максимумы смещаются в сторону больших энергий при увеличении расстояния анод-катод. Также видно, что характерные энергии прямо пропорциональны заряду иона. Наиболее вероятные энергии для Си и примесей С+ и Н* приблизительно совпадают, что может свидетельствовать об ускорении всех ионов одной разностью потенциалов. Необходимо

Рис.3. Спектры ионов меди в случае медного катода при различных межэлектродных расстояниях О

отметить также, что зарядовый состав ускоренной компоненты плазмы наносекундной искры качественно совпадает с зарядовым составом дуги. Это подтверждает то, что зарядовый состав формируется на ранних стадиях развития пробоя - за один жизненный цикл взрывоэмиссионного центра -эктона. Общая доля примесей составляет 50%. Само наличие зависимости энергий ионов от расстояния анод-катод является неожиданным фактом. Здесь важное значение может иметь собственно сам процесс расширения плазмы в вакуум и конфигурация электродов. Из механизмов ускорения ионов могут рассматриваться кулоновский взрыв1 и ускорение ионов в глубокой потенциальной яме2. Анод может в этом случае работать как коллектор электронов, создающий в расширяющейся плазме

нескомпенсированный объемный заряд. Чем дальше расположен анод, тем дольше действует коллектор электронов и процесс расталкивания ионов. При достижении плазмой анода потенциал плазмы сравнивается с потенциалом заземленного анода и процесс ускорения заканчивается.

В разделе 3.2. исследована зависимость состава потока плазмы наносекуидного пробоя по поверхности диэлектрика от направления разлета. Для этого была сконструирована разрядная схема, показанная на Рис.4. Разряд происходил на плоской грани поворачивающегося полуцилиндра. В этом эксперименте первая диафрагма у спектрометра Томсона была удалена, а ее функцию выполняло отверстие в

Рис.4. Схема разрядной камеры: А- анод, К- катод, Разряд происходил на поверхности поворотного полуцилиндра

'Kovalev V. F. Analytic Solutions to theVlasov Equations for Expanding Plasmas/ V. F. Kovalev, V.Yu. Bychenkov // PHYSICAL REVIEW LETTERS. -2003. -V. 90. -N.18. -pp. 185004-185008

2Баренгольц С.А. Модель коллективного ускорения ионов в вакуумном разряде па основе концепции глубокой потенциальной ямы/ С.А. Баренгольц, Г.А. Месяц, Э.А. Перельштейн //ЖЭТФ. -2000. -Т.118. -Вып.6 (12). -с. 1358-1365.

диафрагме на расстоянии 1 см от разрядной поверхности. На дальний от диафрагмы край подавался импульс напряжения, а ближний был заземлен. Вид спектрограмм в зависимости от угла а представлен на Рис. 5. Видно, что ионы водорода присутствуют, начиная с а = 45°. Ионы углерода начинают появляться при а > 70° или углах менее 20° к нормали к поверхности. При приближении к нормали наблюдается эффект уширения парабол ионов водорода и увеличения их интенсивности. В то же время измерения по нормали с обычным положением первой диафрагмы (спектрограмма 90' Рис. 5.) дает массовый состав близкий к химическому и нормальную ширину парабол углерода. Этот эффект может быть объяснен разными областями ускорения ионов. Ионы водорода ускоряются перед диафрагмой и поэтому парабола имеет нормальную ширину. Ионы углерода ускоряются после диафрагмы и облако плазмы ионов водорода существенно шире отверстия в диафрагме, что объясняет уширение парабол углерода. Кроме того, в области ускорения углерода присутствуют ионы, образовавшиеся на широком участке разряда, что может объяснить возросшую интенсивность парабол углерода.

В разделе 3.3. исследованы различные варианты комбинированного разряда, совмещающего в себе разряд по поверхности диэлектрика и пробой вакуумного промежутка. В результате был обнаружен эффект селективного ускорения ионов водорода в таком разряде. Основная разрядная схема представлена на Рис. 6. На штыревой потенциальный электрод надевался полиэтиленовый цилиндр с • центральным отверстием. Длина образованного капилляра составляло 5 мм. Использовался генератор РАДАН 150. Заземленный электрод представлял собой пластину с отверстием затянутым сеткой. Вакуумный зазор менялся от 2 мм до 15 мм. При подаче

Рис.5. Вид спектрограмм для различных ориентации поверхности: а= 45°, 60°, 70°, 80° и 90°

100 200 300 Энергия кэВ

Рис.6. Капиллярный разряд в диэлектрике и пробой вакуумного промежутка: а - схема, б - спектр энергий К1,

положительного импульса регистрировались ионы водорода с энергиями до 350 кэВ. Ионов углерода замечено не было.

Причем, был предпринят поиск ионов углерода по расположению точки прицеливания оси спектрометра и всему доступному диапазону энергий. В случае подачи отрицательного импульса никакого сигнала ионов зафиксировано не было во всем диапазоне энергий и точек прицеливания. Для

положительного импульса

максимальные энергии ионов водорода росли при увеличении зазора от 2 мм до 7 мм, достигнув в максимуме 350 кэВ, и после этого снижались вплоть до расстояния 15 мм. Были исследованы несколько разрядных схем, совмещающих разряд по поверхности диэлектрика и пробой вакуумного промежутка. Во всех случаях этот эффект присутствовал. Был исследован коаксиальный разряд по диэлектрику с вакуумным промежутком 0,5 мм, который мог устраняться металлическим кольцом (Рис. 7.). Обнаружено, что при появлении зазора в 0,5 мм доля ионов Нарастет с 50% до 76%. При этом в распределении Н* появляется высокоэнергетичный хвост. Данная схема является переходной от поверхностного перекрытия к комбинированному разряду.

Рис.7. Поверхностный разряд по диэлектрику и пробой вакуумного промежутка 0,5 мм: а - схема (1- потенциальный электрод, 2 - заземленный электрод, 3 - точка прицеливания,4 - кольцо), б - спектр энергий И1"

<35

>20 5

8»-

№

10 20 30 Время мкс

40 50

В главе 4 описываются эксперименты с потоками ионов и электронов из плазмы вакуумной дуги. В разделе 4.1. описано исследование параметров потока ионов,

дуги и тока ионов на коллектор за катодной пленкой

«мргяи '

Рис.9. Энергетический спектр ионов меди

Рис.8. Осциллограмма тока возвращающихся на катодную поверхность из

плотной плазмы катодного пятна. Для этого в качестве катода была применена тонкая 2 мкм медная пленка, прожигаемая разрядом. В образовавшееся отверстие поступала плазма, которая потом анализировалась ионным спектрометром. Разряд зажигался в закрытом пленкой объеме, таким образом, в общий объем камеры поступала только плазма из отверстий. Так же было возможно измерять общий ионный ток коллекторной пластиной расположенной под пленкой на

расстоянии 3 мм. Результаты коллекторных измерений показывают (Рис. 8.), что ток на коллектор положительный. В осциллограмме тока присутствуют положительные интенсивные выбросы, соответствующие локальным падениям тока разряда. Спектр ионов меди представлен на Рис. 9. Видно, что как энергетический, так и зарядовый состав потока совпадает с известными параметрами потока от катодного пятна. В разделе 4.2. описывается измерение временного характера ионного потока. Для выяснения временного характера потока ионов был использован режим электростатического спектрометра для временного анализа потока частиц с определенным Е!2. Энергетический дискриминатор настраивался на параметры Е!2 от 20 эВ до 80 эв. Результаты

Мо Мкс

0 12 3

Рис.10. Сигналы потока ионов при настройке Е!2= 42 эВ, для вакуумной дуги с Мо электродами

показывают (Рис. 10.), что поток ионов для одной энергии состоит из последовательности всплесков.

В каждом всплеске зарядовый состав меняется, но всплески разных зарядов совпадают во времени. Прекращению разряда соответствует мощный всплеск однозарядных ионов. Данные эксперименты показывают, что, скорее всего, поток ионов из катодной области вакуумной дуги состоит из интенсивных всплесков. Другим вариантом может быть постоянное ускорение ионов в узком диапазоне Е№, при меняющемся в широком диапазоне Е. В разделе 4.3. для исследования временного характера ускоренного электронного потока были использованы малогабаритные энергоанализаторы, действующие по принципу задерживающего потенциала. Схема разряда представлена на Рис. 11. Катодная пластина могла поворачиваться на угол ±90° по оси. Для синхронного анализа потока электронов с разных направлений использовались 2 сеточных анализатора. Ток дуги составлял 10 А, зарядное напряжение 70 В. Расстояние анод - катод составляло 3 мм. Измерялись напряжение и ток дуги, а также сигналы с двух анализаторов. Типичная осциллограмма с появлением ускоренных электронов показана на Рис. 12. Показано, что поток электронов представляет собой последовательность выбросов длительностью от 50 до 200 не. Выбросы потока ускоренных электронов с высокой вероятностью соответствуют локальным падениям тока дуги и попыткам дуги погаснуть. Появление выбросов ускоренных электронов синхронно для разных

Рис.11. Электрическая схема эксперимента 1, 2 - сеточные анализаторы

■V—

-\f--n

о г -4 б к ю Время мкс

Рис.12. Осциллограммы напряжения, тока дуги и потока электронов при задерживающем потенциале сеточного анализатора 60 В

направлений. Наибольшую амплитуду имеют выбросы по нормали к поверхности катода независимо от положения анода. При приближении к тангенциальному направлению амплитуда выбросов стремится к нулю.

В заключении сформулированы основные результаты исследования.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. I.L.Muzukin, A.M.Mourzakaev. The characteristics of an ion flow from a cathode spot of a vacuum arc, XIIX International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. 1998, Eindhoven, Nethrlands, Pp. 306-309

2. I.L.Muzukin, A.M.Mourzakaev. Temporal characteristics of charged particle flows in a low current vacuum arc. XX International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. 2002, Tours, France, Pp. 560-563

3. И.Л.Музюкин, С.В.Барахвостов. Угловая зависимость энергомассового состава плазмы вакуумного пробоя по поверхности. ПЖТФ, 2005, т. 31, В. 10 стр. 27-30

4. И.Л.Музюкин. Исследование временных характеристик потока ионов из катодной области вакуумной дуг ЖТФ, 2006, том 76, В. 2, стр. 128-131

5. И.Л.Музюкин С.В.Барахвостов, Ю.А.Земсков. Энергетический и зарядовый состав потока плазмы наносекундной вакуумной искры ПЖТФ, 2006, том 32, В. 12, стр. 45-50

6. И.Л.Музюкин, Ю.Н.Вершинин, С.В.Барахвостов. Генерация высокоэнерге-тичных протонов при поверхностном разряде ПЖТФ, 2006, том 32, В. 5, стр. 65-70

7. И.Л.Музюкин, Ю.Н.Вершинин, С.В.Барахвостов. Особенности энергомассового состава плазмы коаксиального вакуумного наносекундного поверхностного разряда, ЖТФ, 2006, том 76, В. 9, стр. 46-50

8. I.L.Mnzyukin, S.V.Barakhvostov. A Nanosecond Discharge Over a Dielectric Surface as a Method for Generation of Multicharged Plasma. Plasma Science, IEEE Transactions 2005, vol. 33, № 5, Page(s): 1654 - 1657

9. I.L.Muzyukin. Time-resolved investigations of the accelerated electron flow from the cathode region of a vacuum arc, IEEE Transactions on Plasma Science, Volume 33, Issue 5, Oct. 2005, Page(s): 1560 - 1563

10. I.L.Muzyukin, S.V.Barakhvostov. Characteristics of the plasma flow of a nanosecond vacuum flashover, Изв. вузов. Физика.ЬГ 8, стр.34-36,2006

11. И.Л.Музюкин. Исследования энергетического и массового состава ионов плазмы наносекундной вакуумной искры, Физика экстремальных состояний вещества - 2005, Черноголовка - 2005, стр. 210-212

12. И.Л. Музюкин, С.В. Барахвостов. Эффект селективного ускорения ионов водорода при пробое комбинированного промежутка, Физика экстремальных состояний вещества 2006, Черноголовка 2006, стр. 238-239

13.1.L. Muzyukin, S.V.Barakhvostov. Effect of the selective acceleration of light ions in vacuum flashover, combined with a vacuum gap breakdown, XXIIth International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, 2006

14. I.L.Muzyukin. Investigation of a plasma flow of a short vacuum spark, Proceedings XXIIth Int. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, 2006, Matsue, Japan.

15. LL.Muzyukin, S.V.Barakhvostov. Angular dependence of energy-mass distribution of surface discharge plasma ions. XXI International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. 2004, vol. 1 .Yalta, Crimea, Pp. 135-140

16. I.L.Muzyukin. Temporal measurement of an accelerated electron flow from area of a vacuum arc, XXI International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. 2004, vol. 1,Yalta, Crimea, Pp. 269-272

Подписано в печать 17.11.2008. Формат 60x84 1/16. Уел, печ. л. 1,0. Тираж 80 экз. Заказ № 386.

Типография "Уральский центр академического обслуживания". 620219, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Музюкин, Илья Львович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Экспериментальные исследования.

1.2. Теоретические модели

1.3. Выводы и постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АППАРАТУРА И МЕТОДИКИ

2.1. Метод быстрого количественного анализа в спектрометре Томсона для анализа импульсных источников плазмы.

2.2. Одноканальный энерго-массанализатор.

2.3. Выводы к Главе 2.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО И

ЗАРЯДОВОГО СОСТАВА ПОТОКА ПЛАЗМЫ НАНОСЕКУНДНЫХ ВАКУУМНЫХ РАЗРЯДОВ

3.1. Энергетический и зарядовый состав потока плазмы наносекундной вакуумной искры.

3.1.1. Экспериментальная установка и методика.

3.1.2. Результаты экспериментов и обсуждение.

3.1.3. Исследования с помощью цилиндра Фарадея.

3.2. Угловая зависимость энерго-массового состава плазмы вакуумного пробоя по поверхности диэлектрика.

3.2.1. Экспериментальная установка.

3.2.2. Результаты и обсуждение.

3.3. Эффект селективного ускорения ионов водорода в совмещенном 69 разряде.

3.3.1. Экспериментальная установка и результаты.

3.3.2. Обсуждение.

3.3.3. Исследования с помощью цилиндра Фарадея.

3.4. Выводы к Главе 3.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ И ВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ПОТОКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ИЗ ПЛАЗМЫ ВАКУУМНОЙ ДУГИ

4.1. Исследования потока ионов на катодную поверхность в вакуумной дуге.

4.1.1. Экспериментальная установка и методика.

4.1.2. Результаты экспериментов и обсуждение.

4.2. Исследование временных характеристик потока ионов из катодной области вакуумной дуги.

4.2.1. Экспериментальная установка.

4.2.2. Результаты и обсуждение.

4.3. Исследование потока ускоренных электронов из катодной области вакуумной дуги.

4.3.1. Экспериментальная установка.

4.3.2. Результаты экспериментов.

Введение диссертация по физике, на тему "Экспериментальное исследование потоков заряженных частиц из плазмы импульсных вакуумных разрядов"

Актуальность проблемы. Вакуумный разряд является наиболее эффективным источником плазмы, имеющим широкий спектр научного и технологического применения. Наиболее известными сферами применения плазмы вакуумного разряда в научной сфере является разработка источников ионов для ускорителей [1], применение ускоренных ионов в ядерных исследованиях [2,3,4] и в исследованиях инерциального термоядерного синтеза. В технологической области плазма вакуумного разряда применяется в модификации поверхности изделий путем имплантации и осаждения, создания перспективных космических двигателей [5,6,7] и эффективной лазерной накачки. Одним из важнейших явлений, определяющим процессы в источниках плазмы на основе вакуумных разрядов, является коллективное ускорение ионов при разлете плазмы в вакуум. Объяснение и в последствие управление этим явлением имеет определяющее значение для получения новых высокоэффективных источников плазмы для технологического применения и научных исследований.

Вакуумная дуга, как источник высокоионизованнои ускоренной плазмы, была описана [8] еще в 1969 г. и с тех пор интенсивно исследуется и применяется в различных и исследовательских технологических устройствах [1]. Наиболее значимые исследования для технологического применения дуговой плазмы проведены в работах [1,9,10,11,12]. При этом интегральные свойства потока плазмы относительно хорошо изучены, но физические процессы, формирующие параметры потока плазмы и регистрируемые экспериментально, являются предметом ожесточенного научного спора уже более чем полувека. Наиболее обсуждаемым является механизм ускорения плазмы против электрического поля разряда до энергий, превышающих приложенное напряжение и достигающих десятков и сотен эВ. Четкое понимание механизма ускорения наверняка позволило бы не только повысить энергию ускоренных ионов, но и, возможно, долю ионного потока относительно общего тока дугового разряда. Учитывая широкую область применения дуговых ионных источников, такие возможности очень заманчивы.

В отличие от дуги вакуумная искра пока не нашла широкого промышленного применения в источниках ионов. Необычные свойства плазмы вакуумной искры были впервые обнаружены в работах группы Плютто [13-20]. В этих работах были зафиксированы многозарядные ионы с необычно высокими энергиями - от десятков кэВ до десятков мэВ. В последующих работах группы Люса [2,3,4] были достигнуты еще более впечатляющие энергетические параметры - порядка сотен мэВ, что позволило использовать подобный источник для исследования ядерных реакций. Но эффективность подобных источников в плане выхода ускоренных ионов оказалась низка и подобные устройства не получили распространения не только для технологических целей, но даже и в научных исследованиях. Механизм ускорения плазмы в данных разрядах оказался не раскрыт, что не позволило улучшить параметры источников ионов на данном принципе. До сих пор не существует четко зафиксированных закономерностей в поведении параметров плазмы вакуумных искр от геометрии разряда состояния электродов и параметров источника импульса. Методы исследования этих параметров страдают недостаточной информативностью, что не позволяет вывести состояние проблемы за пределы качественного описания. Невыясненными остаются относительное содержание различных типов ионов, форма энергетического распределения и его зависимость от заряда иона и его массы. Недостаток экспериментальных данных не позволяет разрабатывать достоверные теоретические модели формирования потока плазмы в вакуумной искре, что, в свою очередь, делает невозможным получение эффективных источников высокоэнергетичных ионов.

Вакуумный разряд по поверхности диэлектрика давно и успешно используется для создания предварительной плазмы в различных конфигурациях разрядов [21-25], а также в твердотельных плазменных космических двигателях [5,6,7]. Однако при этом до сих пор не проводились прямые корпускулярные спектрометрические измерения параметров потока ионов из плазмы вакуумного пробоя по поверхности диэлектриков. Были получены лишь усредненные параметры скоростей плазмы в данном разряде. Эти данные были использованы при создании твердотельных абляционных двигателей [26]. В данное время разрабатывается двигатель на новом принципе — "электронно-детонационный двигатель'" в котором, как считается, основной поток плазмы с высокими скоростями образуется в голове поверхностного пробоя. Нужно подчеркнуть, что до проведения нами исследований [27-34] не существовало данных ни о зарядовом ни об энергетическом составе потока плазмы вакуумного перекрытия по поверхности диэлектриков. Но эти данные, а также их зависимость от параметров и геометрии разряда, могут существенно помочь в оптимизации параметров перспективных космических двигателей малой тяги.

Получение новых экспериментальных данных относительно потоков плазмы в вакуумных разрядах может помочь в прояснении физической картины процессов ионизации и ускорения плазмы в этих разрядах, что позволит оптимизировать многочисленные технологические и научные устройства, использующие плазму вакуумного разряда.

Научная новизна: На основе схемы спектрометра Томсона разработано и создано диагностическое оборудование, которое позволяет проводить автоматический относительный количественный анализ энергетического и масс-зарядового состава потока ионов импульсных источников плазмы. При этом использование микроканальной пластины в качестве ион-электронного конвертора и последующего усилителя сигнала дало возможность получать полный спектр для единичного наносекундного импульса.

На основе сочетания электростатического энергоанализатора и времяпролетного массанализатора создана экспериментальная установка и разработан метод нестационарных измерений потока заряженных частиц из плазмы вакуумной дуги.

Структура диссертации:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы.

Заключение диссертации по теме "Электрофизика, электрофизические установки"

Основные результаты работы заключаются в следующем.

1. Разработана и создана экспериментальная установка, позволяющая исследовать параметры потока ионов из плазмы наносекундной вакуумной искры.

2. С помощью прямых корпускулярно-спектроскопических методов впервые исследован зарядовый состав плазмы и распределение ионов по энергиям в короткой вакуумной искре при длительности импульса напряжения 20 не и амплитудой 150 кВ. На основе полученных результатов показано:

• Зарядовый состав плазмы наносекундной вакуумной искры совпадает с зарядовым составом дугового разряда;

• Энергетическое распределение ионов вакуумной искры с медным катодом имеет несколько максимумов. При этом максимальные энергии ионов меди достигают 150 кэВ, а ионов углерода 30 кэВ;

• Максимумы энергетического распределения смещаются в сторону более высоких энергий с ростом заряда иона и с увеличением межэлектродного расстояния.

3. Разработана и создана экспериментальная установка, позволяющая исследовать угловую зависимость энерго-массового состава плазмы наносекундного вакуумного пробоя по поверхности диэлектрика.

4. Проведены исследования энерго-массового состава потока ионов из плазмы электрического разряда по поверхности полиэтилена высокого давления. Анализ полученных результатов позволил сделать следующие выводы:

• Поток более тяжелых ионов углерода имеет более резкую направленность по оси, нормальной к поверхности разряда, чем поток ионов водорода;

• Области ускорения легких (водород) и тяжелых ионов (углерод), возможно, находятся на разном удалении от поверхности разряда. Область ускорения ионов углерода распространяется на расстояния, превышающие 10 мм от поверхности диэлектрика.

5. Разработана и создана экспериментальная установка, позволяющая исследовать параметры потока ионов из плазмы наносекундного комбинированного разряда, объединяющего в себе разряд по поверхности диэлектрика и пробой вакуумного промежутка.

6. Проведены исследования энерго-массового состава потока ионов для пяти различных разрядных схем и различной полярности высоковольтного импульса. Было показано:

• Совмещение в одном разряде вакуумного перекрытия диэлектрика и пробоя вакуумного промежутка в различных электродных конфигурациях ведет к проявлению эффекта полярности и эффекта селективного ускорения нонов водорода в случае положительного импульса, подаваемого на примыкающий к диэлектрику высоковольтный электрод;

• Эффект полярности заключается в том, что при подаче отрицательного импульса потока ионов не наблюдается;

• При положительном импульсе энергия ионов водорода увеличивается с увеличением длины вакуумного промежутка и наблюдается уменьшение в полном потоке относительного содержания ионов углерода. Дальнейшее увеличение длины вакуумного промежутка приводит к проявлению эффекта селективного ускорения, т.е. к генерированию потока только ионов водорода с максимальными энергиями более чем в два раза превышающими амплитуду высоковольтного импульса.

7. Разработана и создана экспериментальная установка, позволяющая исследовать параметры ионного потока, распространяющегося в направлении от анода через прожигаемое вакуумной дугой отверстие в пленочном катоде. В данном эксперименте была сделана попытка измерения параметров потока ионов возвращающихся из плотной плазмы катодного пятна на катод.

8. Анализ энергетического и массового состава потока ионов показал, что в потоке плазмы под катодной поверхностью присутствуют ионы, ускоренные до энергий, сравнимых с энергиями ионов, ускоренных в направлении от катода к аноду.

9. Результаты коллекторных измерений позволили сделать вывод о том, что поток ионов носит существенно нестационарный характер. При этом нестабильность тока ионов соответствует нестабильности тока разряда.

10. Разработана и создана экспериментальная установка, позволяющая исследовать параметры ионного потока из катодной области вакуумной дуги. В результате проведенных исследований показано, что

• Ионный поток состоит из последовательности интенсивных выбросов. Характерные времена следования импульсов составляют 200-500 не;

• Зарядовый состав ионного потока меняется от выброса к выбросу;

• При обрыве тока дуги наблюдается сильный выброс однозарядных ионов материала катода. Такие выбросы могут наблюдаться и после окончания горения дугового разряда.

11. Разработана и создана экспериментальная установка, позволяющая проводить разрешенное во времени исследование параметров потока ускоренных электронов из катодной области вакуумной дуги.

12. С помощью одноканального электростатического анализатора проведены исследования энергетического спектра потока электронов из плазмы вакуумной дуги длительностью 3 мс с медными электродами и показано, что в потоке электронов присутствуют две основные группы — низкоэнергетичные электроны (энергия которых ниже падения напряжения на дуге, которое составляло 18-20 В) и высокоэнергетичные электроны (энергия которых доходила до 50 эВ).

13. С помощью сеточного анализатора, реализующего метод заграждающего потенциала исследованы временные характеристики потока ускоренных электронов для дуги с молибденовым катодом. При этом показано, что поток электронов представляет собой последовательность интенсивных пиков длительностью ~ 50 не. С большой вероятностью пики электронного потока соответствуют нестабильностям тока разряда и попыткам дуги погаснуть.

14. Проведен анализ пространственной структуры потока ускоренных электронов с использованием двух сеточных анализаторов. Полученные результаты позволили показать, что поток ускоренных электронов максимален в направлении нормали к катодной поверхности и резко спадает в зависимости от угла. При этом сигналы потока электронов для разных направлений синхронны во времени и подобны друг другу по форме.

Автор глубоко признателен

Научному руководителю И.В.Уйманову за помощь в написании диссертации, ценные советы и замечания по интерпретации результатов исследований и подготовке выводов.

М.Б.Бочкареву за полезное обсуждение экспериментальной методики и результатов, замечания по подготовке доклада.

Д.Л.Шмелеву за обсуждение физических процессов в плазме и замечания по интерпретации результатов исследований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Музюкин, Илья Львович, Екатеринбург

1. Браун Я. Физика и технология источников ионов/ Я. Браун - М.: Мир, 1996. - 496 с.

2. Luce J. S. Collective acceleration of intense ion beams in vacuum/ J. S. Luce, H.L.Sahlin, T. R .Crites// IEEE Trans. Nucl. Sci. 1973. -N.20. - pp. 336-341.

3. Luce J.S. Collective-field acceleration of high-energy ions// In. Proc. Conference on energy storage, compression and switching; — Torino, Italy. — 5 Nov 1974. pp. 345—352.

4. Luce J.S. Collective field accelerator / J.S. Luce //Patent Pat. File: Filed date 17 Aug 1977.

5. Пат. 2146776 Российская Федерация, Импульсный плазменный реактивный двигатель на твердом рабочем теле / Вершинин Ю.Н., Емлин Р.В., Ильичев Д.С., Потабачный Д.А., Кириллов С.А., Казанкин Ф.А.- опубл.20.03.2000.

6. Горшков О. А. ЭРД нового поколения /О.А.Горшков//Авиапанорама. 2003. - № 2,1. C. 38-40.

7. Плютто А.А. Высокоскоростные потоки плазмы вакуумных дуг/ А.А.Плютто, В.Н.Рыжков, А.Т.Капин //ЖЭТФ. -1964. -Т.47. Вьш.8, - С. 497-507.

8. Handbook of vacuum arc: Science and technology /Ed. by R.L. Boxman, P.J. Martin, and

9. D.M. Sanders, Park Ridge. -Noyes publication. - 1995.

10. Anders A. Ion charge state distribution of vacuum arc plasmas: The origin of species/ A.Anders // Phys. Rev. E. 1997. - V.55,-N.l. - pp. 960-981.

11. Oks E.M. Elevated ion charge states in vacuum arc plasmas in a magnetic field / E.M.Oks, LG.Brown, M.R.Dickinson, R.A.MacGill, H.Emig, P.Spadtke and B.N.Wolf//Appl.Phys. Lett. 1995. - V.67. - pp. 200-202.

12. Abdullin E.N. Influence of current rise velocity on the maas- charge state distribution of vacuum arc plasma/ E.N. Abdullin, G.Bazhenov // In Proc. XVIIIISDEIV. Eindhoven. -1998,-pp. 207-210.

13. Плютто А.А. Ускорение положительных ионов в расширяющейся плазме вакуумных искр / А.А.Плютто // ЖЭТФ. 1960. - Т.39, - Вып.6. - С. 1589-1592.

14. Короп Е.Д. Ускорение ионов катодного материала при вакуумном пробое/ Е.Д.Короп, А.АЛлютго // ЖТФ. 1970. - Т.40. - Вып.12. - С. 2534-2537.

15. Plutto A. A. On vacuum breakdown mechanism at the stage of cathode side plasma formation/ A. A Plutto, K.V Suladze, E.D.Korop// Proc.V ISDEIV. Poznan, - 1972. - pp. 145-149.

16. Короп Е.Д. Быстрые ионы катодного факела /Е.Д.Короп//ЖТФ. 1976. - Т.46. -Вып.Ю.- С. 2187-2190.

17. Короп Е.Д. Потенциал плазмы катодного факела в начальной стадии вакуумного пробоя / Е.Д.Короп, А.А.Плютто //Изв. Вузов. Физика. 1973. - Вып.4. - С.131-132.

18. Плютто А.А. Искровой источник многозарядных ионов: автореф. дис. канд. физ. мат. наук/ А.А.Плютто Сухумский физико-технич. ин-т. - Сухуми. — 1957.

19. Плютто А. А. Исследование сильноточных импульсных пучков заряженных частиц и процесса ускорения ионов в электронном пучке: дис. докт. физ. мат. наук/ А.А.Плютто Сухумский физико-технич. ин-т. — Сухуми. — 1969. — С. 330.

20. Суладзе К.В. Эмиссионные свойства плазмы вакуумных искр / К.В.Суладзе, А.А.Плютто //ЖТФ. —1965. — Т. 35.-Вып. 7.-С. 1298-1307.

21. Горбунов С.П. Протяженная область "аномального" ускорения в катодной струе вакуумного разряда/ С.П.Горбунов, В.И.Красов, В.Л.Паперный // ПЖТФ, 1998, - Т. 24. - Вып. 4. - С. 66-70.

22. Артамонов М.Ф. Вакуумный разряд как эффективный источник многозарядных ионов/ М.Ф.Артамонов, В.И.Красов, ВЛ.Паперный // ПЖТФ, 2001, Т.27. - Вьш.23. -С. 77-83.

23. Паперный В.Л, Энергетический спектр многокомпонентного потока ускоренных ионов/ В.Л.Паперный, А.А.Черных, В.А.Шкляев// ПЖТФ -2007. Т.ЗЗ. - Вып.24. -С. 46-52.

24. Красов В.И, Ускорение ионов при расширении в вакуум сильноточной катодной плазменной струи /И.В.Красов, И.А.Кринберг, В.Л.Паперный, Ю.В.Коробкин, И.В.Романов, А.А.Рупасов, А.С.Шиканов // ПЖТФ. 2007. - Т.ЗЗ. - Вып.22. - С.1-8.

25. Горшков О. Отечественные электроракетные двигатели сегодня / О.Горшков. // Новости Космонавтики. Москва. - № 07 — 1999.

26. Музюкин И.Л. Энергомассовый состав плазмы поверхностного наносекундного разряда / И.Л.Музюкин, С.В.Барахвостов // ПЖТФ. 2004. - Т.30. - Вып.21. - С. 3034.

27. Музюкин И.Л. Угловая зависимость энергомассового состава плазмы вакуумного пробоя по поверхности/ И.Л.Музюкин, С.В. Барахвостов // ПЖТФ 2005. - Т.31. -Вып. 10. - С. 27-30.

28. Музюкин И.Л., Особенности энергомассового состава плазмы коаксиального вакуумного наносекундного поверхностного разряда/ И.Л.Музюкин, Ю.Н.Вершинин, С.В.Барахвостов // ЖТФ. 2006. - Т. 76. - Вып. 9. - С. 46-50.

29. Muzyukin I.L. A Nanosecond Discharge Over a Dielectric Surface as a Method for Generation of Multicharged Plasma / I.L.Muzyukin, S.V.Barakhvostov // Plasma Science, IEEE Transactions. 2005. - V.33. - № 5. - pp. 1654-1657.

30. Muzyukin I.L Characteristics of the plasma flow of a nanosecond vacuum flashover/ I.L.Muzyukin, S.V.Barakhvostov // Изв. вузов. Физика. 2006. - N8. - С. 34-36.

31. Музюкин И.Л. Энергомассовый состав плазмы поверхностного высоковольтного разряда/ И.Л.Музюкин, С.В.Барахвостов, П.А.Морозов // Физика экстремальных состояний вещества. Черноголовка — 2004 — С. 181-182.

32. Музюкин И.Л, Вершинин Ю.Н., Ефремов В.П., Барахвостов С.В., Фортов В.Е. Наносекундньш разряд в твердых диэлектриках как способ генерации многозарядной плазмы / И.Л.Музюкин, Ю.Н.Вершинин, В.П.Ефремов, С.В.Барахвостов,

33. B.Е.Фортов // Физика экстремальных состояний вещества. — Черноголовка. — 2005.1. C. 208-210.

34. Muzyukin,! L. Angular dependence of energy-mass distribution of surface discharge plasma ions/ I.L.Muzyukin, S.V.Barakhvostov// XXI International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. Yalta, Crimea. - 2004. - V. 1. - pp. 135-140.

35. Анисимов С.И., Действие излучения большой мощности на металлы/ С.И.Анисимов , Я.А.Имас, Г.С.Романов, Ю.В.Ходыко М. Наука. - 1970. - С. 272.

36. Davis W.D. Analysis of the electrode products Emitted by DC Arcs in a Vacuum Ambient /W.D.Davis, H.C.Miller// J. Appl. Phys. 1969. -V.40. -pp. 2212-2221.

37. Воловски E. Масс спектрометр Томсона для исследования лазерной плазмы/ Е.Воловски , Э.Волына, С. Денус // ЖТФ. 1982. -Т.52. - С. 366-373.j

38. Явление взрывной эмиссии / Бугаев С.П., Воронцов-Вельяминов П.Н., Искольдский A.M., Месяц Г.А., Проскуровский Д.И., Фурсей Г.Н.// Открытие, Диплом № 176. -Бюлл. Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. — 1976. — №41.-С. 3.

39. Бугаев С.П. Электронно-оптическое наблюдение инициирования и развития импульсного пробоя короткого вакуумного промежутка/ С.П.Бугаев,

40. A.М.Искольдский и др.// ЖТФ. 1967. -Т.37. -Вып.12. - С. 2206-2208.

41. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде/ Г.А.Месяц М. Наука — 2000. - С.424.

42. Кошелев В.И. Исследование коллективного ускорения ионов в вакуумном диоде /

43. B.И.Кошелев, М.Н.Тимофеев //ЖТФ. 1977. - Т.47. - N 5. - С. 972 -976.

44. Бугаев С.П. Исследование формирования ионных пучков в вакуумном диоде/

45. C.П.Бугаев, В.И.Кошелев, М.Н.Тимофеев // Изв. Вузов. Физика. 1975. - N 2. - С. 35-37.

46. Логачев Е.И. Ускорение ионов из взрывоэмиссионной плазмы./ Е.И.Логачев, Г.Е.Ремнев, Ю.П.Усов // ПЖТФ. 1980. - Т.6. - Вып.22. - С. 1404-1406.

47. Диденко А.Н., Исаков И.Ф., Логачев Е.И., Лопатин B.C. Генерация интенсивного пучка ионов углерода в магнитоизолированном диоде / А.Н.Диденко, И.Ф.Исаков, Е.И.Логачев, В.С.Лопатин //ПЖТФ. -1984. Т. 10. - N4. - С. 239-245.

48. Mesyats G.A., The role of fast processes in vacuum breakdown. Inv. Pap./ G.A.Mesyats //Proc., X Int. Conf. On Phenomena in ionized Gases. Oxford. - 1971. - pp. 333-363.

49. Mesyats G. A. High speed processes during pulsed breakdown of vacuum gaps/ G.A.Mesyats, E.A.Litvinov, D.I.Proskurovsky// Proc. IVISDEIV. Waterloo, Canada. -1970.-pp. 82-91.

50. Месяц Г.А. Рост тока в искре при импульсном пробое коротких вакуумных промежутков / Г.А.Месяц, Д.И.Проскуровский // Изв. Вузов, Физика. 1968. - № 1. -С. 81-85.

51. Баженов Г.И. Исследование структуры электронных потоков, эмиттируемых из катодных факелов в начальной стадии вакуумного пробоя/ Г.И.Баженов, Г.А.Месяц, Д.И.Проскуровский // Изв. Вузов, Физика. 1970. - №8. - С. 87-90.

52. Месяц Г.А. Взрывная эмиссия электронов из металлических острий/ Г.А.Месяц, Д.И.Проскуровский // ПЖТФ. 1971. - Т. 13. -№ 1. - С. 7-10.

53. П.Е. Беленсов/ Комментарии к статье "Коллективное ускорение ионов в системах с виртуальным катодом/ П.Е. Беленсов// УФН. 2004. - Т. 174. N.2. - С. 221-223.

54. Месяц Г.А. Определение скорости разлета плазмы, образованной электрическим взрывом микроострия под действием автоэлектронного тока большой плотности/ Г.А.Месяц, В.П.Ротштейн, Г.Н.Фурсей, Г.К.Карцев// ЖТФ. -1970. Т.40. - Вып.7. -С.1551-1553.

55. Юрике Я.Я. Обнаружение свечения между электродами в период роста тока искры при вакуумном разряде на постоянном напряжении/ Я.Я.Юрике, В.Ф.Пучкарев, Д.И.Проскуровский //Изв. Вузов, Физика. 1973. - Вып.З. — С. 12—16.

56. Бакшт Р.Б. Распространение светящейся границы катодного факела при ВЭЭ/ Р.Б.Бакшт, А.П.Кудинов, С.П.Вавилов// Изв. Вузов. Физика. 1974. - Вып.5. - С. 145-146.

57. Бакшт Р.Б. Влияние поперечного магнитного поля на ток электронного пучка в начальной фазе вакуумного разряда/ Р.Б,Бакшт, Г.А.Месяц //Изв. Вузов, Физика. -1970. Вып.7. - С. 144-146.

58. Mesyats G.A. High-speed processes during pulsed breakdown of vacuum gaps/ G.A.Mesyats, E.A.Litvinov, D.I. Proskurovsky // Proc. IVISDEIV. Ontario. - 1970. -pp. 82-95.

59. Tanberg R. On the cathode of an arc drawn in vacuum / R.Tanberg // Phys. Rev. 1930. -V.35. — pp. 1080-1089.

60. Tanberg R. On the temperature of cathode in a vacuum arc / R.Tanberg, W.E.Berkey // Phys.Rev. 1931. -V.38. - pp. 296-304.

61. Robertson R.M. The force on the cathode of a copper arc / R.M. Robertson // Phys.Rev. -1938.-V.53.-pp. 578-582.

62. Kobel E. Pressure and High Velocity vapour jets' at cathodes of a mercury arc / E.Kobel // Phys.Rev. -1930. -V.36. -Nil. pp. 1636-1638.

63. Kimblin C.W. Erosion and ionizaion in the cathode spot region of a vacuum arc/ C.W.Kimblin // J. Appl. Phys. -1973. -V.44. pp. 3074-3081.

64. Anders A. Measurement of total ion flux in a vacuum arc discharges/ A.Anders, E.M. Oks, G.Yu. Yushkov, I.G. Brown // XXI International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. 2004. - V. 1. -Yalta, Crimea. - pp. 272-275.

65. Miller H.G. Measurements on Particle Fluxes from dc Vacuum Arc Subjected to Artificial Current Zeroes/ H.G.Miller // J.Appl. Phys. Vol.43.N5. May 1972.

66. Miller H.G. Ion Flux from the Cathode Region of a Vacuum Arc/ H.G. Miller, J.Kutzner // Contrib. Plasma Phys. 1991. -V. 31 -N3. - pp. 261-277.

67. Борзенко В.П. О резистивном ускорении ионов в плазменном потоке/ В.П.Борзенко, О.Л.Волков, В.И.Красов, И.А.Кринберг, В.Л.Паперный, В.Г.Симонов// ПЖТФ. — 1988. Т.14. - Вып.5. - С. 435 -439.

68. Аксенов И.И. О механизме формирования энергетического спектра ионов плазмы вакуумной дуги/ И.И.Аксенов, В.Г.Брень, В.Г.Падалка, В.М.Хороших// ПЖТФ. -1981. -Т.7. Вып. 19. С. 1164-1167.

69. Smeets, R. Low Current Behaviour and Current chopping of Vacuum arcs/ R. Smeets // PhD Thesis. - Eindhoven, Univ.Technol. - 1987. - pp. 66-73.

70. Smeets R.P.P. Fluctuations of charged and light emission in vacuum arcs/ R.P.P. Smeets,

71. F.J.H.Schulpent// J. Phys. D: Appl. Phys. 1988. - V.21. -pp. 301-310.

72. A.C. Бугаев. Исследование направленных скоростей ионов в вакуумном дуговом разряде эмиссионными методами/ А.С.Бугаев, В.И.Гушенец, А.Г.Николаев, Е.М.Окс, Г.Ю.Юшков// ЖТФ. 2000, - Т.70. - Вып.9. - С. 37-43.

73. Bugaev A.S. Measurement of ion direct velocities of vacuum arc plasmas by current "jump" and "short" methods/ A.S.Bugaev, V.I.Gushenets, A.N.Nikolaev, E.M.Oks,

74. G.Y.Yushkov //Proc. XXIV ICPIG. -Warsaw. -1999. -V.2. pp. 209-210.

75. Brown I.G. Vacuum arc ion charge distributions/ I.G.Brown, X.Godechot // IEEE, Trans. Plasma Sci. 1991.- V.19. - pp. 713-717.

76. Koichi Tsuruta. Velocities of copper and silver ions generated from an impulse vacuum arc/ Koichi Tsuruta, Kyohei Sekiya, Gim-ichi Watanabe// IEEE Transactions on plasma science. -1987. -V.25, N.4. pp. 603-608.

77. Ivanov V.A. On the Energy of Electrons and Ions of a Pulsed Metal Vacuum Arc in Vacuum/ V.A.Ivanov, M.Konyshev, S.Anders, B.Juttner // Preprint ZIE. 1980. - pp. 2126.

78. Popov S.A. Formation of accelerated electron flowin a low current pulsed vacuum discharge/ S.A.Popov, D.I.Proskurovsky, A.V.Batrakov // 19th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. 2000. - Xi'an, China. - pp. 252-255.

79. Дубинов A.E. Коллективное ускорение ионов в системах с виртуальным катодом / А.Е.Дубинов, И.Ю.Корнилова, В.Д.Селемир //УФН. 2002. - Т. 172. - С. 1225-1250.

80. Баренгольц С.А. Модель коллективного ускорения ионов в вакуумном разряде на основе концепции глубокой потенциальной ямы/ С.А.Баренгольц, Г.А.Месяц, Э.А.Перелыитейн // ЖЭТФ. 2000. - Т. 118. - Вып.6 (12).-С. 1358-1365.

81. Баренгольц С.А Моделирование процесса формирования глубокой потенциальной ямы в вакуумном диоде / С.А.Баренгольц, Н.Ю.Казаринов, Г.А.Месяц, Э.А.Перелыитейн, В.Ф.Шевцов // Письма в ЖТФ. 2005. - Т. 31. - Вып.4. - С. 6470.

82. Shmelev D.L. On the mechanism of the anomalous acceleration of ions in vacuum and plasma diodes/ D.L. Shmelev and S.A. Barengolts // XXII International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. Japan, - 2006. - pp. 71-74.

83. Шмелев Д.JI Аномальное ускорение ионов межэлектродной плазхмы в искровой стадии вакуумного разряда/ Д.Л.Шмелев, Г.А.Месяц, С.А.Баренгольц // ПЖТФ. — 2007. — Т.ЗЗ. Вып. 10.-С. 19-26.

84. Kovalev V. F. Analytic Solutions to the Vlasov Equations for Expanding Plasmas/ V.F.Kovalev, V.Yu.Bychenkov // PHYSICAL REVIEW LETTERS. 2003. - V. 90. -N.18. - pp. 185004-185008

85. Баренгольц С.А. Механизм генерации ионного потока в вакуумных дугах/ С.А.Баренгольц, Г.А.Месяц, ДЛ.Шмелев // ЖЭТФ. 2001. - Т. 120. Вып.5(11). -С. 1227-1236.

86. Хадцлстоун Р. Диагностика плазмы /Р.Хаддлстоун, С.Леонард М. МИР, -1967. -340 С.

87. Добрецов Л.Н. Эмиссионная электроника / Л.Н.Добрецов, М.В.Гомоюнова М. Наука-1966.

88. Stockli P. Analog gain of microchannel plates for 1.5-154 keV/q Ar 2+ (3<q<16) / P. Stockli, D. Fry//Rev. Sci. Instrum. August 1997. - V.68(8).-pp. 3053-3060.

89. Загулов Ф.Я. РАДАН — малогабаритные сильноточные ускорители электронов импульсно-периодического действия /Ф.Я.Загулов, Ю.А.Котов, В.Г.Шпак, ЯЛ.Юрике, М.И.Яландин // Приборы и техника эксперимента. 1989. — № 2. — С.146—149.

90. Bochkarev М.В., Uimanov I.V. Wavelet analysis of arc noises at threshold currents//In Proc. ISDEIV XX. -Tours, France. 2002. - pp. 372-375.

91. Volkov N.B. The Ionic Composition of the Non-Ideal Plasma Produced by a Metallic Sphere Isothermally Expanding into Vacuum/ N.B.Volkov, A.Z.Nemirovsky // J. Phys. D: Appl. Phys. 1991. - V.24. - pp. 693 -701.

92. Музюкин И.Л. Энергетический и зарядовый состав потока плазмы наносекундной вакуумной искры/ И.Л.Музюкин, С.В.Барахвостов, Ю.А.Земсков // ПЖТФ. -2006. -Т.32. Вып.12. - С. 45-50.

93. Музюкин И.Л. Исследования энергетического и массового состава ионов плазмы наносекундной вакуумной искры/ И.Л.Музюкин .// Физика экстремальных состояний вещества. Черноголовка. - 2005. - С. 210-212.

94. Muzyukin I.L., Investigation of a plasma flow of a short vacuum spark / I.L. Muzyukin// Proceedings XXIIth Int. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. — 2006. Matsue, Japan. - pp. 56-58.

95. Емлин Р.В. Характеристики линейного плазменного инжектора при напряжениях 100-150кВ./ Р.В.Емлин, С.А.Кириллов. К.В.Серафимович // Труды 5 конференции по модификации материалов ионными пучками и потоками плазмы. — Томск. — 2000.

96. Pearlman S. Faraday Cups for Laser Plasmas/ Pearlman S.// Rev. Sci. Instrum. -1977. -V.48. —№ 8. pp. 1064-1067.

97. Музюкин И.Л. Генерация высокоэнергетичных протонов при поверхностном разряде/ И.Л.Музюкин, Ю.Н.Вершинин, С.В.Барахвостов // ПЖТФ. 2006. - Т.32. -Вып.5. - С. 65-70.

98. Музюкин И.Л.Эффект селективного ускорения ионов водорода при пробое комбинированного промежутка/ И.Л.Музюкин, С.В.Барахвостов// Физика экстремальных состояний вещества. Черноголовка. - 2006. - С. 238-239.

99. Muzukin I.L. The characteristics of an ion flow from a cathode spot of a vacuum arc/ I.L.Muzukin, A.M.Mourzakaev // ХПХ International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. Eindhoven, Nethrlands, - 1998, - pp. 306-309.

100. Muzukin I. Temporal characteristics of charged particle flows in a low current vacuum arc / I.Muzukin, A.Mourzakaev // XX International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. — Tours, France. — 2002. pp. 560-563.

101. Музюкин И.Л., Исследование временных характеристик потока ионов из катодной . области вакуумной дуг/ И.Л.Музюкин // ЖТФ. 2006. - Т.76. - Вып. 2. - С. 128-131

102. Кесаев И.Г. Катодные процессы электрической дуги/ И.Г.Кесаев- М., Наука, 1968. 240 с.

103. Puchkarev V.F. Estimating the electron temperature from fluctuations in a vacuum arc plasma/ V.F .Puchkarev // J.Phys.D: Appl.Phys. 1991. - V.24. - pp. 685-692.

104. Muzyukin I.L. Time-resolved investigations of the accelerated electron flow from the cathode region of a vacuum arc/ I.L.Muzyukin // IEEE Transactions on Plasma Science. -Oct. 2005. V. 33. - Issue 5. - pp. 1560 - 1563.

105. Muzyukin I.L. Temporal measurement of an accelerated electron flow from area of a vacuum arc / I.L.Muzyukin // XXI International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. Yalta, Crimea. - 2004. -V.l. - pp. 269-272.