Физические процессы в электроимпульсных системах генерации газоплазменных потоков и объемных газовых разрядов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

На правах рукописи

004600436

МАСЛЕННИКОВ Сергей Павлович

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМАХ ГЕНЕРАЦИИ ГАЗОПЛАЗМЕННЫХ ПОТОКОВ И ОБЪЕМНЫХ ГАЗОВЫХ РАЗРЯДОВ

Специальность 01.04.13 - электрофизика, электрофизические

установки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Автор:

Москва-2010 г.

1 АПР 20Ю

004600436

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ)

Официальные оппоненты:

Долгачев Георгий Иванович, доктор физико-математических наук, РНЦ "Курчатовский Институт".

Карелин Владимир Иванович, доктор физико-математических наук, РФЯЦ Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики.

Серов Александр Васильевич, доктор физико-математических наук, Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

Ведущая организация: Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований (ГНЦ РФ ТРИНИТИ), г. Троицк

Защита диссертации состоится 0& июня 2010г. в 15 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.130.01 при НИЯУ МИФИ по адресу: 115409, г.Москва, Каширское шоссе, 31, в конференц-зале К-608, тел. (495)323-95-26, (495)324-84-98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИЯУ МИФИ.

Просим принять участие в работе совета и прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Автореферат разослан _ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

И.С.Щедрин

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. Устройства мощной импульсной энергетики и электроники находят широкое применение в научных исследованиях, промышленности и медицине. Одним из таких применений является использование газоразрядной плазмы, генерируемой мощными импульсными разрядами при давлениях близких или равных атмосферному.

Так, например, высокоскоростные газоплазменные потоки, формируемые в разрядном промежутке импульсного электротермического ускорителя, дают возможность провести эффективное ускорение и нагрев микрочастиц порошковых материалов и создать на этой основе высококачественные защитные и специальные порошковые покрытия. Этот способ нанесения порошковых покрытий на поверхность различных изделий, обладает рядом потенциальных преимуществ по сравнению с традиционными газотермическими методами, реализуемыми в детонационных и НУОБ установках, плазмотронах. Электротермические ускорители позволяют проводить ускорение микрочастиц до скоростей, недостижимых другими установками, в контролируемой по составу и давлению среде, в том числе в атмосферных условиях, а также в среде инертных газов. Обладая относительно малыми габаритами, электротермические ускорители допускают широкую перестройку режимов работы и могут относительно просто адаптироваться к технологическим условиям нанесения покрытий, в них используется электрическая энергия, которая экологически чище и безопаснее горючих газов.

Применение плазмы импульсно-периодического диффузного разряда, возбуждаемого в воздушной среде при атмосферном давлении, открывает широкие возможности для создания эффективной технологии стерилизационной обработки и обеззараживания объектов в различных биотехнических системах, очистки индустриальных выбросов и токсичных отходов. Плазма газового разряда содержит широкий спектр агентов стерилизации: заряженные частицы, высоковозбужденные нейтралы, активные продукты плазмо-химических реакций, ультрафиолетовое и, в ряде режимов, рентгеновское излучение. Комплексным воздействием перечисленных агентов определяется потенциально высокая эффективность плаз-

менной стерилизации и малое время, требуемое для обработки изделий. Низкие температуры стерилизации позволяют обрабатывать термочувствительные материалы, широко используемые в современной промышленности и медицинской практике.

Цели диссертации. К основным целям работы относятся теоретические и экспериментальные исследования физических процессов формирования и распространения высокоскоростных газоплазменных потоков в электротермических ускорителях для ускорения микрочастиц порошковых материалов с целью нанесения покрытий на поверхности изделий, а также исследованию процессов генерации низкотемпературной плазмы импульсно-периодического диффузного разряда атмосферного давления для создания эффективной технологии стерилизационной обработки и обеззараживания различных объектов.

Научная новизна:

1. Впервые показано, что ускорение микрочастиц порошковых материалов до высоких скоростей при сохранении жесткого контроля режима их нагрева может быть проведено в области ударно-сжатого газа импульсного газоплазменного потока электротермического ускорителя.

2. Предложены новые способы формирования области ударно-сжатого газа на основе пространственно-временного профилирования ударной волны с использованием мультиразрядных схем разрядного узла электротермического ускорителя, а также с использованием профилированной геометрии ствола.

3. Получены новые данные о влиянии газодинамических процессов за срезом ствола электротермического ускорителя на скорость и температуру микрочастиц. Определены условия оптимизации расстояния от среза ствола до подложки, позволяющие избежать потери скорости микрочастиц и сохранить их тепловое состояние.

4. Впервые проведены расчеты и экспериментальные исследования динамического расслоения сгустка микрочастиц в электротермическом ускорителе, связанного с неоднородным гранулометрическим составом порошкового материала и конечными размерами области инжекции. Определены предельные значения массы навески инжектированного порошкового материала, при превыше-

нии которых происходят снижение скорости и деформации фронта ударной волны.

5. Разработаны физические модели процессов абляционного износа диэлектрических стенок разрядного промежутка под действием теплового излучения плазмы разряда в электротермическом ускорителе. Теоретически и экспериментально показано, что абли-рующие слои проникают вглубь керамических изоляторов на глубину, не превышающую 1 мкм, а сам износ для рассматриваемых уровней запасенной энергии (~1 кДж) составляет около 1 мг/имп.

6. Впервые показано, что ресурс и энергетическая эффективность электротермического ускорителя могут быть значительно повышены при оптимизации геометрии разрядного узла, наилучшими ресурсными характеристиками обладает двухразрядная схема ускорителя с внешним ключевым элементом. Для снижения абляционного износа диэлектрических втулок предложено использовать эффект теплового барьера, реализуемого путем инжекции в разрядный промежуток порции микрочастиц порошкового материала.

7. На основании физического моделирования плазмохимических процессов определены оптимальные параметры систем импульсного электропитания диффузного разряда в воздушной среде атмосферного давления для эффективной наработки плазменных агентов стерилизации. Предельная величина напряженности электрического поля составляет 40-45 кВ/см при длительности импульсов 3050 не. Однородность пространственной структуры разряда повышается при воздействии импульсов напряжения с короткими фронтами (/ф<10"8с).

8. Экспериментально определены условия генерации диффузных разрядов в электродных системах с резко неоднородным распределением электрических полей в диапазоне давлений воздуха от 10 до 760 Topp. Показано, что комбинированная система электропитания разряда на основе источников постоянного и импульсного напряжения способствует увеличению энергии разряда и улучшению равномерности его объемной структуры.

9. Проведены исследования диффузных объемных разрядов в воздухе атмосферного давления при использовании электродных систем с плазменным катодом, в которых синхронно возбуждаются

два типа разрядов: диэлектрический барьерный разряд в решетчатом электроде на диэлектрической поверхности и диффузный разряд с объемной структурой. Экспериментально показана высокая эффективность наработки активных продуктов плазмохимических реакций в режиме объемного горения диффузных разрядов.

Практическая ценность.

Полученные в работе результаты позволяют создать на основе импульсного электротермического ускорителя прототип промышленной установки по нанесению покрытий из порошковых материалов, которая по своим потенциальным возможностям обладает существенными преимуществами перед аналогами - установками газотермического напыления. Использование разрядных узлов с мультиразрядной структурой и профилированной геометрией ствола позволяет осуществлять практически независимую регулировку скорости микрочастиц и температуры их нагрева, проводить ускорение микрочастиц с широким диапазоном их размеров и плотностей порошкового материала до высоких значений скоростей. Электротермический ускоритель допускает проведение перестройки режимов его работы и может адаптироваться к различным технологическим и производственным процессам. Все это позволяет создавать условия для напыления покрытий с уникальными характеристиками.

Результаты исследований режимов генерации и характеристик импульсно-периодических диффузных разрядов, возбуждаемых в воздухе при атмосферных условиях, позволяют создать новые технологии стерилизации и обеззараживания с высокой эффективностью и малым временем обработки объектов. Стерилизационные плазменные установки на этой основе обладают высоким потенциалом для их внедрения в медицинских учреждениях, замкнутых биотехнических системах длительного функционирования и т.д. Эффективность плазменных стерилизаторов обусловлена широким спектром агентов стерилизации. Низкотемпературный характер плазмы разряда позволяет стерилизовать термочувствительные материалы, которые широко используются в различных областях науки и техники.

Основные результаты диссертационной работы используются в исследованиях, направленных на разработку, создание и практиче-

ское применение импульсных электрофизических установок и их элементов, которые проводятся в ФГУП ВНИИА (г. Москва), ФГУП ГНЦ РФ ТРИНИТИ (г. Троицк), ФГУП ВЭИ (г. Москва). Представленные в работе импульсные электротермические ускорители, а также результаты моделирования динамики газоплазменных потоков и ускорения микрочастиц порошковых материалов в электротермических ускорителях используются при проведении научно-исследовательских работ в РФЯЦ ВНИИЭФ (г. Саров). Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс на факультете «Автоматика и электроника» Национального Исследовательского Ядерного Университета «МИФИ».

Работы, вошедшие в диссертацию, выполнялись в рамках федеральных целевых программ "Интеграция", "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России", аналитической ведомственной целевой программы "Развитие научного потенциала высшей школы". Часть работ была поддержана Российским Фондом Фундаментальных исследований (гранты 99-01-00315, 01-0100533, 03-01-00707, 04-01-08004, 05-01-08111, 06-08-00593), а также Международным Научно-Техническим Центром (проекты 47096,3131-06).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Способ ускорения микрочастиц порошковых материалов областью ударно-сжатого газа, формируемой в головной части импульсного газоплазменного потока в электротермическом ускорителе.

2. Результаты анализа ускорения и нагрева микрочастиц в плазменной и ударно-сжатой областях импульсных потоков в аргоновой и воздушной средах.

3. Результаты физического моделирования динамики потоков и микрочастиц, анализа способов формирования области ударно-сжатого газа.

4. Результаты экспериментальных исследований структуры и характеристик газоплазменных потоков, динамики ускорения микрочастиц в электротермических ускорителях с различной конфигурацией разрядных узлов и геометрией каналов ускорения.

5. Результаты исследований эрозионных и абляционных процессов в разрядных узлах, теплового режима их работы, оптимизации

геометрии разрядных узлов для повышения эффективности и ресурса электротермического ускорителя.

6. Результаты физического моделирования динамики компонентного состава газоразрядной плазмы и наработки продуктов плазмохимических процессов диффузного разряда.

7. Результаты экспериментальных исследований процессов генерации и характеристик диффузных разрядов в электродных системах с резко неоднородным распределением электрических полей в условиях низкого вакуума (разреженной газовой среде) и при атмосферном давлении.

8. Результаты исследований импульсно-периодических диффузных разрядов и динамики наработки активных продуктов плазмохимических реакций в электродных системах с плазменным катодом в воздушной среде при атмосферных условиях.

По мнению автора, эти положения можно квалифицировать, как решение крупной научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение, по исследованию физических процессов в электроимпульсных системах генерации газоплазменных потоков и объемных газовых разрядов для технологических применений.

Личный вклад автора заключается в выработке целей и постановке задач исследований, проведении физического моделирования изучаемых процессов, создании экспериментального оборудования, проведении экспериментальных исследований, анализе и обобщении полученных результатов. Основные результаты исследований получены при непосредственном участии и под руководством автора.

Достоверность научных результатов подтверждается всесторонним анализом теоретических допущений, использованных при создании физических моделей, сравнением результатов моделирования и экспериментальных измерений параметров исследуемых явлений, дублированием измерений посредством использования различных экспериментальных методик, апробацией предложенных методов и методик при решении практических задач.

Апробация работы.

Основные результаты и положения диссертации были представлены на следующих симпозиумах и конференциях: 6-th European Symposium on electromagnetic launch technology. Netherlands, May

1997; 9-th Electromagnetic Launch Symposium. Edinburgh, Scotland, UK, May 1998; 10-th Electromagnetic Launch Symposium San Francisco, USA, May 2000; 11-th International Symposium on Electromagnetic Launch Technology, Saint Louis, France, May 2002; 12th International Symposium on Electromagnetic Launch Technology, Snowbird, Utah, USA, May 2004; 13-th Electromagnetic Launch Symposium. Potsdam, Germany, May 2006; 11-th IEEE International Pulsed Power Conference, Baltimore, Maryland, June 1997; 12-th IEEE International Pulsed Power Conference. Monterey, California USA. June 1999; 14-th IEEE International Pulsed Power Conference, Dallas, Texas, USA, June 2003; 15-th IEEE International Pulsed Power Conference, Monterey, California, June 2005; 16-th IEEE International Pulsed Power Conference, Albuquerque, New Mexico, June 2007; 1-st Euro-Asian Pulsed Power Conference, Chengdu, China, September 2006; 26-th IEEE International Conference on Plasma Science. Monterey, California USA, June 1999; 6-th International Conference on the Science of Hard Materials, Lanzarote, Spain, March 1998; 1-st International Symposium on Nonthermal Medical/Biological Treatments Using Electromagnetic Fields and Ionized Gases, Norfolk, VA, April 1999; XIV, XV, XVI Ha-учно-техническая конференция «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления», Судак, Украина, 2002, 2003, 2004 г.г.; XIX Международный семинар по ускорителям заряженных частиц, Алушта, Украина, 2005г.; Международная конференция «Профилактика, диагностика и лечение инфекционных болезней, общих для людей и животных» Ульяновск, Россия, 2006 г.; ежегодные научные конференции МИФИ, 1998 -2009г.г.

Публикации.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 32 работах, в том числе в 11 статьях в рецензируемых журналах, по тематике работы получен патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 216 источников.

Общий объем работы - 266 страниц, из них 224 страниц основного текста, 171 рисунок, 8 таблиц.

Краткое содержание диссертации.

Во введении приведен краткий обзор результатов научных исследований и технологических разработок в области газотермических методов нанесения порошковых покрытий и низкотемпературной плазменной стерилизации, обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются ее цели, выносимые на защиту положения, научная новизна и практическая ценность.

Первая глава посвящена анализу динамики импульсных потоков, ускорения и нагрева микрочастиц порошковых материалов в электротермическом ускорителе с различными конфигурациями разрядного узла и ствола в воздушной и аргоновой средах.

Система уравнений физической модели ускорителя, описывающая процессы в разрядной области и стволе, имеет следующий вид:

ар а . . д1 ах

др д1

а( дх

где

01 дх

\} / --а,

а»

О <х<1 X > I

ш 2 сг ,Г4

Ы. Г У + %

Е = е-

2

/ -1 >

а

(1)

Здесь р, V), Р, Т— плотность, скорость, давление и температура плазмы, е - удельная внутренняя энергия плазмы, - сила турбулентного трения,у = ЦБ (/ - разрядный ток, Б - площадь поперечного сечения разрядной области), стл - константа Стефана Больцмана, И - внутренняя энергия аблирующего материала, у - энтальпия материала стенок ствола, (ф) - изменение массы газа в разрядном

промежутке с учетом абляции стенок, г - радиус разрядной области и ствола ускорителя, Qou| — энергия излучения плазмы.

В предположении стационарности параметров потока система уравнений, описывающая динамику ускорения микрочастиц на стадии их плавления, имеет вид:

4л- з (¡V яг1 2

4л з

--г-р

3

Л

Здесь: V, р, Т, Л - скорость, плотность, температура, коэффициент теплопроводности газа; С а - коэффициент аэродинамического сопротивления частицы; рр, ср - плотность, теплоемкость материала частиц; Ми - число Нуссельта; Тр, г, хр, V,, - температура, радиус, координата и скорость микрочастиц.

В газоплазменном по-

20 1В Я 18 О 14

н

ё12

а

18 а 8

ё«

2 2

1 и 1 р

1 7 1

« Я — ч о — А я а -

У г^

! I 1 1—

Расстояние вдоль ствола ускорителя, см Рис.1. Распределение плотности (р) и температуры потока (Т) вдоль ствола ускорителя в произвольный момент времени

токе электротермического ускорителя можно выделить две характерные области (рис.1): в головной части потока распространяется область ударно-сжатого газа (ОУСГ), за которой следует плазменный поток, образованный в результате истечения газа из разрядного промежутка.

Процесс ускорения микрочастиц в плазменном потоке сопровождается их интенсивным и неконтролируемым нагревом. При характерных температурах плазмы выше 15-20 кК до момента достижения температуры испарения микрочастицы успевают набрать скорость, не превышающую 10-20% от скорости потока (рис.2). В связи с этим ускорение микрочастиц в плазменном потоке является крайне неэффективным и не позволяет обеспечить контроль их теплового состояния.

Условия ускорения и нагрева микрочастиц радикально изменяются в ОУСГ. Благодаря относительно низким значениям температур и повышенной плотности газа к моменту полного проплавле-ния микрочастицы способны приобретать скорости до 75-95 % от скорости потока (рис.3).

\ 1 мкм /

3 мкм у мкм

Оыкм / 20 мк 40 мкм м/

60 мкм /

Температура в потоке газа, кК Рис.2. Зависимость относительной скорости (к) микрочастиц корунда различного диаметра от температуры потока аргоновой плазмы. Скорость потока — 2 км/с

Температура в потоке газа, кК Рис.3. Относительная скорость (к) микрочастиц корунда различного диаметра на момент проплавления в аргоновой среде. Скорость потока -2 км/с, плотность - 8 кг/м3

Для обеспечения условий ускорения микрочастиц порошковых материалов при заданном температурном режиме требуется сформировать ОУСГ определенной длины и плотности и сохранить высокую скорость газа (рис.4).

Е70 = 60

>» 40

5 го

60 мкм / /

1 У/ /

^ - /

ч/. / У

м У

л. ___.

I-«»® 2х

а 3,5

I 3

г 2,5

£ г

ё и

I 1

к

и 0,5

0,1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 /

к 3 мкм 1 и«"

5 и V

«ё

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Длина ствола, см

Рис.4. Зависимость длины ОУСГ от Рис.5. Зависимости скорости ударной относительной скорости микрочастиц волны (V) и длины ОУСГ (Д) от длины корунда в аргоновой среде. Температу- ствола в классическом ускорителе ра газа - 4 кК, скорость - 2 км/с, плотность - 8 кг/м3

В ускорителе с классической структурой разрядного узла (один разрядный промежуток и однородный ствол) процесс формирования ОУСГ сопровождается интенсивным замедлением потока (рис.5), что накладывает ограничения на размер (1-5мкм) и плотность материала (<4кг/м3) микрочастиц, которые могут ускоряться в условиях контроля их теплового состояния.

Способ пространственно-временного профилирования ударной волны, реализуемый за счет использования мультиразрядных схем разрядного узла, расширяет возможности ускорителя по сравнению с его классической схемой. Результаты моделирования процессов в двухразрядных ускорителях показали возможность практически независимого регулирования скорости и температуры микрочастиц с размерами до 15-20 мкм и плотностью их материала в диапазоне 4-8 кг/м3.

Использование профилированной геометрии ствола ускорителя (рис.6) позволяет существенно увеличить протяженность ОУСГ с сохранением скоростных характеристик потока.

Анализ процессов распространения потоков в профилированном ускорительном тракте выявил динамические эффекты, связанные с образованием локальных градиентов давлений в областях конусных переходов ствола. Передний градиент давления способствует увеличению скорости ОУСГ. Параметры ОУСГ могут регулироваться в широких пределах за счет изменения геометрических размеров бустерной полости, что создает условия для ускорения микрочастиц с широким диапазоном размеров (~5—50 мкм) и плотностей (-4-16 кг/дм3).

' \ /

А;

/

, ^ .1

34 й

е-3

и

к

о

3

■ 1.5

^ 125 о . 1 ¡а «а

г 0.75 н о

: 0.5 §• х

0.25 ° ; 0

26 27 28 29 30 31 Расстояние вдоль ствола, см

Рис.6. Конфигурация ствола ускорителя с профилированной геометрией ствола: 1 - разрядный промежуток; 2 - бустерная полость ствола; 3 - ствол

Рис.7. Динамика основных параметров сгустка микрочастиц: 1 - длина сгустка, 2 -скорость головной части сгустка, 3- скорость хвостовой части сгустка

Движение микрочастиц порошка за срезом ствола ускорителя сопровождается отклонениями их траектории, изменениями скорости и теплового состояния, что влияет на качество наносимых покрытий. На основе физического моделирования определены условия, позволяющие соответствующим выбором дистанции напыления обеспечить сохранение температуры и скорости микрочастиц в процессе их движения к подложке.

Анализ динамики ускорения и нагрева сгустка микрочастиц в стволе ускорителя позволил выявить эффекты, приводящие к его расслоению (рис.7). Конечные размеры области инжекции порошка вдоль ствола и неоднородный гранулометрический состав исходного порошкового материала создают предпосылки для формирования разброса скоростных и температурных параметров микрочастиц.

Во второй главе приведены результаты разработки функциональных узлов, цепей импульсного электропитания, исследуются электрические и энергетические характеристики разрядных узлов импульсных электротермических ускорителей.

1 0-15 кВ -► 2 3

4 N -4 » II | ¡6

Л. 5 ^

7 8

Рис.8. Структурная схема установок для исследования процессов нанесения покрытий: 1 - высоковольтное зарядное устройство; 2 - емкостный накопитель энергии; 3 - газовая система; 4 - блок поджига; 5 - ускорительный блок; 6 - камера нанесения покрытий в защитной среде; 7 - блок управления; 8 - дозатор порошковых материалов

1 2 3

Рис.9. Внешний вид электротермических ускорителей с одним (а) и двумя (б) разрядными промежутками: 1- дозатор порошковых материалов; 2- вторая разрядная ступень; 3- ускорительный блок (первая разрядная ступень)

Структурная схема электротермического ускорителя для исследований процессов ускорения микрочастиц порошковых материалов показана на рис.8. Фотографии ускорительных блоков экспериментальных установок с одним и двумя разрядными промежутками приведены на рис.9.

Цепи импульсного электропитания разрядных узлов ускорителей построены на основе емкостных накопителей энергии, эквивалентная емкость которых в зависимости от конкретных условий изменялась от 1 мкФ до 24 мкФ. Диапазон зарядных напряжений: 3-12 кВ. Максимальный уровень запасаемой энергии - 2 кДж.

На рис.10 представлены осциллограммы разрядных токов в ускорителе с классической структурой при длине разрядного промежутка /Р=2 см.

а;80

¡2 70

■е

•а 40

о

10 20 30 40 50 60 70 Время, мкс

Рис.10. Осциллограмма разрядного тока (емкость накопителя энергии С= 12 мкФ, Г/с= 12 кВ)

5 6 7 8 Э 10 11 12 Напряжение, кВ

Рис.11. Экспериментальные значения эффективности вложения энергии в разряд для различных длин разрядного промежутка: 1 -/Р=20мм (одноразрядный ускоритель); 2 -/Р2=30 мм; 3 - /Р2=40 мм; 4 - /Р2=50 мм (двухразрядный ускоритель)

Эффективность вложения энергии для исследованных схем ускорителей составляет от 40 до 85% и зависит от геометрии разрядного промежутка и мощности разряда (рис.11). Для повышения энергетической эффективности установок требуется согласование параметров разрядного узла и его системы электропитания. Сопротивление разряда вблизи максимумов тока имеет величину 10" -10"1 Ом.

В третьей главе рассматриваются экспериментальное оборудование, измерительные методики, результаты исследований структуры и характеристик газоплазменных импульсных потоков, динамики ускорения сгустка микрочастиц, температурных параметров плазменных потоков в электротермическом ускорителе.

Анализ результатов измерений основных динамических параметров потоков, выполненных при различных конфигурациях стволов электротермических ускорителей, подтвердил неэффективность способа повышения скорости ОУСГ путем увеличения энерговложения в разряд и увеличения длины ствола.

Фоторазвертка истечения газоплазменных потоков на срезе ствола электротермического ускорителя (рис.12) отображает структуру потока: за фронтом ударной волны движется область с относительно слабым собственным свечением (ОУСГ), за которой следует плазменный поток.

АХ - 5 мм

Л1 = 2.

Положение среза ствола

/ \ .А •• 1

А \ V \

5 ^^-УА-^А- -

4 3 2 1

Рис. 13. Теневая фотография потока в пространстве за срезом ствола: 1 -фронт ударной волны, 2 - ОУСГ, 3-переходная область, 4- плазменная часть потока, 5- ствол Результаты теневого фотографирования позволили детализировать структуру головной части потока (рис.13). Определено, что однородность ОУСГ нарушается на ее задней границе, где происходит перемешивание с плазменной частью потока. В результате этого формируется переходная область потока, эффективная длина ОУСГ сокращается.

Рис.12. Фоторазвертка потока на срезе ствола ускорителя: 1 - низкотемпературная часть потока, 2 - плазменная часть, 3 - скачок плотности истекающей струи

4 3 2 1

I

Длина ствола, мм

Рис.15. Экспериментальные значения скорости ударной волны в ускорителе с бус-терной полостью /)Б=12 мм, длиной ¿г=5Омм: 1 - ис=8 кВ; 2 - СУс=10 кВ; 3 -С/с=12 кВ

Теневые исследования потоков в ускорителе с двумя разрядными промежутками позволили визуализировать процессы взаимо-

Рис.14. Теневая фотография потоков в двухразрядном ускорителе. 1-первая ударная волна, 2 - вторая первая ударная волна, 3 - плазменная часть потока, 4 - срез ствола

действия двух ударных фронтов и образования единого ударно-волнового течения (рис.14).

В исследованиях динамики потоков в двухразрядных ускорителях выявлен эффект возрастания скорости потока и компрессии ОУСГ после срабатывания второго разрядного промежутка. Величина прироста скорости определяется уровнем энергии, вкладываемой во второй разрядный промежуток, что позволяет увеличить массу газа в ОУСГ, поднять ее скорость и, как результат, увеличить диапазон размеров ускоряемых микрочастиц.

На рис.15 представлены результаты измерения скорости ударной волны в ускорителе с профилированным стволом. Выявлен эффект доускорения головной части потока за счет локального скачка давления в конусном переходе полости ствола. Исследования динамики потоков показали возможность формирования протяженной ОУСГ с сохранением ее высокой скорости, что способствует расширению диапазона размеров и плотности микрочастиц.

Рис.16. Теневая фотография истечения потока микрочастиц из ствола ускорителя. 1 - поток микрочастиц, 2 - ствол ускорителя, 3 — ударная волна

Рис.17. Теневая фотография деформированной головной ударной волны при ускорении неоднородной навески порошка: 1 - срез ствола; 2 - фронт ударной волны

Исследования динамики ускорения микрочастиц в электротермическом ускорителе проведены на основе лазерного зондирования потоков. Теневая фотография потока микрочастиц в пространстве за срезом ствола приведена на рис.16. Выявлен эффект расслоения сгустка микрочастиц, показано, что при ускорении плотных и неоднородных сгустков микрочастиц происходит снижение скорости потока и деформация фронта ударной волны (рис.17).

35

30

к 25

м

о. 20

н

я 15

о.

и

с 10

и

н 5

О 10 20 30 40 60

Время, мкс

Рис.18. Динамика температуры потока: 1 -одноразрядный ускоритель; 2 - ускоритель с двумя разрядными промежутками

Исследования температуры плазменных потоков электротермических ускорителей проведены методом относительных интенсивно-стей линий излучения с использованием четырех линий атомов меди в видимой части спектра. Значения температур плазменного потока лежат в диапазоне 15-30 кК (рис.18) и зависят от конкретных условий работы ускорителя. Температура потоков растет с увеличением уровня энерговложения в разряд, его удельной мощности.

В четвертой главе обсуждаются результаты исследований электроэрозионных и абляционных процессов элементов разрядного узла электротермического ускорителя, направленных на увеличение его срока службы.

Экспериментальные исследования эрозионных явлений в электродных системах различных конфигураций позволили оптимизировать форму электродов для снижения удельных токовых нагрузок и уменьшения их эрозионного износа. Исследования выполнены с электродами трех типов: «прямые» (непрофилированные), профилированные с положительными и отрицательными радиусами кривизны рабочей поверхности (рис.19). Экспериментальные данные о величине эрозионного износа электродов представлены в табл.1.

,1

Г* ц

И

XI

п.

а) б) в)

Рис.19. Конфигурация разрядного промежутка и электродов: 1 -электрод, 2 - керамическая втулка, а - разрядный промежуток с "прямыми" электродами; б -профилированный электрод с отрицательным радиусом кривизны рабочей поверхности, в - профилированный электрод с положительным радиусом кривизны

Конфигурация электродов Материал электродов Унос массы электродов за импульс, мг/имп.

Непрофилированные ("прямые") электроды (рис. 19а) Сталь 1,5

Латунь 0,85

ВНЖ 0,54

Электроды с вогнутым профилем (рис.196) Сталь 0,18

Латунь 0,15

ВНЖ <0,01

Электроды с выпуклым профилем (рис.19в) Сталь 0,20

Латунь 0,22

ВНЖ <0,01

Наименьшие значения эрозии (менее 0,01 мг/имп.) получены для профилированных электродов, изготовленных из сплава ВНЖ. Ресурсные параметры ускорителя в этом случае удовлетворяют технологическим требованиям установок по нанесению покрытий из порошковых материалов.

Исследования влияния структуры электродных систем на динамические характеристики потоков показали, что профилирование электродной поверхности не нарушает условия формирования высокоскоростных потоков и не снижает их скорости. Этому способствует сохранение геометрии капиллярной части разрядного промежутка, где выделяется основная доля энергии разряда.

Модель теплового излучения плазмы, используемая для анализа абляционных явлений в разрядном промежутке, построена в предположении локального термодинамического равновесия и изобарическом приближении. Основное уравнение модели, описывающее изменение удельной внутренней энергии газа е, записывается:

ш щ)

Здесь (У" - энергия, вкладываемая в единицу времени и единицу объема во вторую область потока, (У'"' - энергия радиационного излучения плазмы, р - давление газа, Ь - координата правой границы плазменной части потока, V* - скорость в ОУСГ:

где М- число Маха, у=5/3 - показатель адиабаты одноатомного газа (аргона), с0 - скорость звука в невозмущенном газе. В модели учитывается двукратная ионизация, а также возбуждение электронных состояний нейтральных атомов и ионов.

Уравнение для изменения внутренней энергии газа дополняется уравнениями, описывающими кинематику потоков газа в канале ускорителя:

сИ

"VI

- а,

(5)

Л Л

где Б^Мсо - скорость ударной волны, Хш - координата ударной волны,

М -

1г+1(т | у-IV 'I 2У I Ро У + 1)

р0 - начальное давление газа в канале

ускорителя. В силу малых линейных размеров течения плазмы в канале ускорителя, излучение нагретого газа не находится в термодинамическом равновесии с веществом. (Уа(1 можно представить в следующем виде:

: Л,Г'

1

к'Г

+ 4 А,Ти2пеп:

1 +

кТ

, Вт/м3 (6)

где а1 =1,42-10"40, - энергии ионизации с наиболее низких

электронно-возбужденных уровней нейтрального атома и первого иона соответственно. Температура в ОУСГ определяется по расчетной скорости ударной волны.

г

и

е

Е

V

Н

1 1\\

/4

г'

Время, мкс

Рис.20. Динамика температуры и плотности потока излучения аргоновой плазмы разряда

Координата, мкм Рис.21. Распределение температуры по толщине корундовой втулки в различные моменты времени после начала разряда: 1 - 5 мкс; 2-10 мкс; 3-20 мкс; 4-30 мкс

Результаты расчетов динамики радиационных потоков указывают на быстрый рост температуры и плотности потока излучения после инициирования разряда (рис.20). Эти параметры достигают своего максимума в момент окончания поступления энергии в разряд, после чего плотность потока излучения интенсивно спадает за времена ~10"5с. При характерных значениях токов разряда 5070 кА плотность теплового потока, падающего на диэлектрические стенки, достигает 107-108 Вт/см2.

Результаты моделирования теплового излучения плазмы разряда являются исходными данными для анализа распространения теплового потока в диэлектрической стенке разрядного промежутка и динамики абляционных процессов. В физической модели используется одномерное описание нагрева диэлектрических стенок. Распределение температуры в стенке Tcm(x,t) определяется на основе одномерного нестационарного уравнения теплопроводности:

(7)

дх2 01 х>0 f>0

с начальным и граничным условиями:

r.W» = 7.' (8)

ОХ к

Здесь а - jk/cp, к - коэффициент теплопроводности диэлектрика, с

ар- его удельная теплоемкость и плотность соответственно, q(t) — плотность нестационарного теплового потока, излучаемого плазмой разряда на границу диэлектрика. Момент времени t=0 является моментом «включения» теплового потока.

На рис.21 представлены распределения температуры по толщине керамической (корунд) втулки разрядного промежутка в различные моменты времени для исследованных режимов работы ускорителя.

Применение керамических материалов с достаточно высококачественными теплофизическими характеристиками не позволяет добиться улучшения абляционной стойкости, так как из-за высокой плотности радиационного потока на поверхности втулок выделяется энергия, достаточная для испарения поверхностных слоев. Экспериментальные исследования показали, что абсолютные значения

абляционного уноса массы с поверхности диэлектрических втулок составляют около 1 мг/имп.

С целью увеличения ресурсных параметров керамических изоляторов предложено использовать дополнительную инжекцию микрочастиц порошкового материала непосредственно в разрядный узел ускорителя. Моделирование показало, что в результате энергетических затрат, пошедших на испарение микрочастиц, снижается температура газоразрядной плазмы, уменьшается тепловая нагрузка на стенки промежутка, снижаются абляционные разрушения керамических изоляторов. Одновременно динамические характеристики газоплазменных потоков сохраняются.

В пятой главе исследуются ресурсные характеристики и тепловой режим разрядного узла электротермического ускорителя, рассматриваются вопросы оптимизации его геометрических параметров для адаптации к промышленным условиям эксплуатации.

Экспериментальные исследования показали, что традиционно используемая одноразрядная схема электротермического ускорителя, обладает наименьшим сроком службы. Самопробои разрядного узла возникают после нескольких сотен срабатываний. Основными причинами снижения электропрочности диэлектрических втулок является металлизация поверхности диэлектрических втулок, вызванная оседанием продуктов эрозии электродов и модификация поверхности керамики под воздействием тепловых потоков плазмы разряда.

Наилучшие ресурсные характеристики продемонстрировала двухразрядная схема ускорителя с дополнительным внешним ключом в контуре питания основного разряда. Максимальное число срабатываний разрядного промежутка превысило 6-103 импульсов, при этом основным ограничением на ресурс промежутка явился абляционный износ керамических втулок.

Оптимизация геометрических размеров разрядного промежутка и ствола позволяет повысить энергетическую эффективность, снизить эрозионный и абляционный износ элементов разрядного узла. В табл.2, приведены параметры электротермического ускорителя при различных режимах его работы. Здесь 11с - зарядное напряжение емкостного накопителя; Ис - энергия емкостного накопителя; с1- внутренний диаметр разрядных промежутков; /Р -амплитуда тока

разряда; г- усредненное значение сопротивления плазмы разряда; ц>р- плотность энергии; ^-энергия, переданная в разряд; //-к.п.д. преобразования энергии в разряд, т]= Щ>/ Же; V -скорость ударной волны в заданной координате; Т, Р - максимальные температура и давление плазменного потока в разрядном промежутке.

Табл.2. Параметры разряда и потоков электротермического ускорителя

№ Исходные данные Параметры разряда Параметры потоков

и с, IV,с, 4 /р, г, К Т, Р,

кВ Дж мм кА мОм Дж/см3 Дж % км/с 103К атм

1 12 1728 6 76 50 790 1160 67 3,9 45 1400

2 6 61 50 550 810 68 3,3 42 1000

3 10 1200 4 46 110 1510 980 82 3,8 50 2600

4 3 34 190 2770 1030 85 3,9 55 4300

5 6 47 50 350 520 68 2,7 35 650

6 8 768 4 36 110 950 620 81 3,0 45 1500

7 3 27 190 1780 660 84 3,1 47 2700

8 6 31 60 210 310 71 2,0 28 366

9 6 432 4 25 110 520 340 79 2,3 36 920

10 3 19 200 940 350 80 2,4 38 1600

Увеличение давления газа в разрядном промежутке при снижении его диаметра требует принятия специальных мер для обеспечения механической прочности элементов разрядного узла. С этой целью предложено использование секционированных изоляторов. Экспериментально подтверждена устойчивость таких конструкций к воздействиям импульсных давлений разрядной плазмы.

Анализ тепловых процессов в конструкции ускорителя показал, что режим работы установки с частотой повторения импульсов ~ 1 Гц и энерговыделении в разряде около 1 кДж не создает проблем с нагревом элементов разрядного узла при его длительной работе в воздушной среде без принудительного охлаждения. Переход к условиям работы с частотой до 20 - 30 Гц возможен только при использовании систем водяного охлаждения элементов разрядного узла и всего ускорительного тракта.

В шестой главе рассматриваются вопросы, связанные с выбором режимов ускорения порошковых материалов, обсуждаются

результаты исследований по нанесению покрытий с помощью электротермического ускорителя.

Анализ параметров системы питания электротермического ускорителя и его рабочих режимов позволил оптимизировать процесс нанесения покрытий. Оптимальная длительность процесса вложения энергии в разрядный промежуток составляет 5-10 мкс, при этом достигаются максимальные значения скорости ОУСГ с заданными параметрами. Плотность энергии, вкладываемой в разрядный промежуток, составляет 1-3 Дж/мм3. Для исследованных режимов максимальный уровень энергии, выделяющейся в разряде, составляет 1-2 кДж.

На основе анализа динамики ускорения и нагрева микрочастиц проведена оптимизация геометрии ствола, конфигурации разрядного узла и параметров системы питания ускорителя для нанесения покрытий порошка карбида вольфрама на кобальтовой связке (\\^С+Со) с размерами микрочастиц 5-20 мкм. Скорость мелкой фракции (~5 мкм) составила 2,3 км/с, скорость крупной фракции (-20 мкм) ~ 1,2 км/с. При этом условия ускорения порошка \^С+Со характеризуются достаточно высокими энергозатратами, что связано с высокой плотностью порошка (16 кг/дм3).

Эксперименты по нанесению покрытий из порошковых материалов проведены на электротермических ускорителях с различными конфигурациями разрядных узлов. Подтверждена гибкость ускорителя в перестройке режимов его работы для реализации различных технологий нанесения покрытий.

Рис.22. Микрошлиф покрытия ком- Рис.23. Микрошлиф покрытия из кар-позиционного порошка бида вольфрама на кобальтовой связке

В экспериментах по напылению композиционного порошкового материала (ПН70ЮЗО) в воздушной среде были получены покрытия с величиной пористости на уровне 5% и адгезией около 3050 МПа. Исследования микрошлифов (рис.22) указывают на нали-

чие окислов в покрытии, возникающие за счет окисления порошка в процессе его ускорения в воздухе.

Покрытия порошка карбида вольфрама на кобальтовой связке (\¥С+Со) наносились с помощью ускорителя с профилированным стволом в защитной среде (аргон). Выявлен эффект повышения однородности и плотности покрытий с ростом уровня энерговложения в разряд и скорости микрочастиц. Микротвердость покрытий для экспериментальных образцов достигает 1270 кг/мм2. Фотографии микрошлифов показаны на рис.23.

Покрытия, полученные с помощью импульсного электротермического ускорителя, обладают характеристиками на уровне покрытий НУОР-установок. Вместе с тем при использовании электротермических ускорителей возможности для улучшения характеристик покрытий далеко не исчерпаны, в частности, возможна оптимизация длины области инжекции микрочастиц, длины ускорения и дистанции напыления, предварительная подготовка и отсев порошкового материала.

В седьмой главе анализируются условия генерации низкотемпературной плазмы газового разряда с целью создания эффективных методов стерилизации и обеззараживания, рассматриваются результаты разработки экспериментального оборудования для исследований импульсно-периодических диффузных разрядов.

Высокая эффективность технологии стерилизации и обеззараживания на основе плазмы газового разряда обусловлена широким спектром агентов стерилизации. В то же время во многих плазменных стерилизаторах обрабатываемые объекты размещаются вне области горения разряда, что снижает стерилизующее влияние заряженных частиц и УФ-излучения. В этих условиях наиболее важную роль приобретают активные продукты плазмохимических реакций.

На основе расчетного моделирования проведен анализ динамики наработки продуктов плазмохимических реакций, и определены параметры системы импульсного электропитания. В основу физической модели положена кинетическая схема разряда в азотно-кислородной смеси, которая описывает широкий спектр реакций и позволяет определять компонентный состав газа в импульсно-периодическом разряде.

Расчеты показали, что при атмосферном давлении воздуха в случае превышения порогового уровня электронной концентрации

(«е^Ю13 см"3) в разряде создаются условия для интенсивного развития пространственных неустойчивостей. Показано, что при атмосферных условиях для генерации диффузных разрядов, обладающих объемной структурой и высокой эффективностью наработки продуктов плазмохимических реакций, требуются импульсы напряжения длительностью 30-50 не, предельная величина напряженности поля составляет 40-45 кВ/см.

Табл.3. Параметры генераторов наносекундных импульсов

Параметр Тип генератора

гни-40/100 ГНИ-120/50П ГНИ-120/200 ГНИ-60/1000

Максимальная амплитуда импульса, кВ 40 120 120 60

Длительность фронта импульса, не (емкость нагрузки, пФ) 50-100 5 (10-20) 5 (10-20) 10(10-20); 30-50 (100-150)

Диапазон длительностей импульсов, мкс 0,150,3 До 0,5 0,03 - 0,1 0,03-0,15

Эквивалентная емкость накопителя энергии, нФ 0,4 0,8 0,15 0,2

Максимальный уровень энергонакопления, Дж 0,3 5,7 1,1 0,4

Максимальная частота следования импульсов, Гц 100 50 200 1000

Разработанные генераторы наносекундных импульсов, составляющие основу системы электропитания экспериментальных установок, обеспечивают формирование импульсов напряжения с амплитудой до 120 кВ и частотой повторения до 1 кГц, диапазон длительностей импульсов составляет от 30 не до 0,5 мке (табл.3).

Исследования процессов генерации диффузных разрядов проведены с использованием двухэлектродных систем с резко неоднородным распределением электрических полей (острие-плоскость, проволока-плоскость и т.д.) и комбинированных электродных систем с плазменным катодом.

На рис.24 представлена структурная схема комбинированной электродной системы, в которой обеспечиваются условия одновременной генерации поверхностно-барьерного и диффузного разрядов.

1

2

du Л

f У

4оп \ 3 |

Т

Т

Рис.25. Схема установки и расположение измерительных устройств: 1 - импульсный генератор; 2 - газоразрядная камера; 3 — светофильтры; 4 - ФЭУ; 5 - монохроматор; 6 — токовый шунт; 7 -делитель напряжения

Рис.24. Структурная схема электродной системы для возбуждения двух типов разряда: 1,5 - заземленный электрод; 2 - диэлектрическая пластина высоковольтного электрода; 3 - гребенчатый высоковольтный электрод; 4 — диэлектрическая пластина; 6 - область горения диффузного разряда

Экспериментальные установки оснащены измерительным оборудованием для исследований электрических и спектральных характеристик разрядов (рис.25) измерений концентраций газовых компонент, образующихся в воздухе под воздействием диффузного разряда

В восьмой главе обсуждаются результаты исследований импульсно-периодических диффузных разрядов двухэлектродных системах с резко неоднородным распределением электрического поля.

Исследования диффузных разрядов в условиях низкого вакуума (10-200 Topp) показали, что пространственная структура и электрические характеристики разрядов зависят от многих факторов, особо следует отметить влияние давления газовой среды. При давлениях воздуха менее 30 Topp разряд имеет объемную форму и характеризуется однородным свечением, при более высоких давлениях (более 50-60 Topp) на фоне объемного свечения разряда формируются отдельные диффузные каналы. При увеличении давления свыше 130-150 Topp происходит контракция разряда.

Показано, что структура разряда изменяется при внесении в межэлектродный промежуток обрабатываемых предметов. Разряд локализуется в области расположения предмета, и диффузные каналы разряда «привязываются» к его кромкам. Однородность разряда

восстанавливается при вводе в межэлектродный зазор диэлектрических барьеров, при этом происходит изменение энергетических параметров разряда (рис.26).

♦ ♦ ♦

I

250 t 200

I

20 40 60

100 120 140 160 180

Давление, Topp

Рис.27. Зависимости энерговложения в разряд от давления при различных напряжениях смещения: ♦ - Ucm=0 кВ. ■ - t/CM= -5 кВ, А. - иСуг -Ю кВ

Давление, Topp

Рис.26. Зависимости амплитуды разрядного тока и энерговложения в разряд: ■ - без диэлектрического барьера; ♦ - с диэлектрическим барьером

Использование схемы электропитания, включающей в себя импульсный генератор и высоковольтный источник постоянного напряжения смещения, способствует увеличению энерговложения в разряд и расширению диапазона давлений зажигания разряда (рис.27). Одновременно наблюдается улучшение однородности структуры разряда, что происходит под влиянием коронного разряда, возбуждаемого вблизи кромок высоковольтного электрода. Фотографии разрядов, возбуждаемых в межэлектродном промежутке без установки и с установкой диэлектрического барьера, представлены на рис.28.

а б

Рис.28. Фотографии диффузных разрядов (¿мэгп^ см, Р=40 Topp): а - свободный межэлектродный промежуток; б - в межэлектродном промежутке установлены диэлектрический барьер и чашка Петри

Для генерации импульс-но-периодических диффузных разрядов при давлениях близких к атмосферному требуется применение систем электропитания, генерирующих импульсы напряжения с амплитудой более 100 кВ, длительностью менее 100 не и длительностью фронтов 510 не. На рис.29 представ-

0,6

0,5

*

et 0,4

с; X и 0,3

а.

аз X 0,2

m

0,1

0

♦ ♦ «*.

♦♦♦

0 200 400 500 800

Давление,Topp

Рис.29. Зависимости амплитуды тока разряда и вкладываемой в разряд энергии от давления воздуха (dmn~8см)

лена зависимость вкладываемой в разряд энергии от давления воздуха.

В диапазоне длин межэлектродного промежутка 6-8 см разряд локализован вблизи высоковольтного электрода и имеет вид импульсной короны. При длинах промежутков менее 5 см позволяет зажечь диффузный разряд при атмосферном давлении, структура разряда остается неизменной при уменьшении длины межэлектродного промежутка вплоть до 2,5 см. Дальнейшее сближение электродов газоразрядной камеры приводит к контракции разряда.

Эффективный объем диффузного разряда значительно увеличивается при использовании высоковольтного электрода, на котором создана система центров обострения электрического поля с малым радиусом кривизны поверхности (рис.30). На рис.31 приведен спектр излучения диффузного разряда. Основная доля энергии излучения лежит в ближней ультрафиолетовой области спектра (300400 нм). В спектре четко выделяются полосы излучения молекулярного азота (315 нм, 337 нм, 357 нм).

Л 5 и

¡5 4 О

е з

Рис.30. Внешний вид диффузного разряда с многоострийным катодом

300 350 400 450 500 550 600 В5С

Длина волны, нм

Рис.31. Спектр излучения разряда

Исследования пространственной структуры диффузных разрядов, проведенные с помощью метода автографов, показали, что разряд обладает макро- и микроструктурой (рис.32). Каждый из каналов разряда, перемыкающих межэлектродный промежуток, содержит множество микроканалов, количество которых изменяется от нескольких десятков до нескольких сотен. Средний диаметр микроканалов составляет несколько десятков микрон.

ДЯгг

»ОМпШК-Аш^Яш ШМ

. : шшЗИ

ЗООмкм

а

Рис.32. Макроструктура (а) и микроструктура (б) диффузных разрядов

В девятой главе представлены результаты исследований процессов генерации диффузных разрядов в разрядных узлах с плазменными электродами, в которых реализуются условия одновременного зажигания двух типов разряда: поверхностного барьерного и объемного диффузного разрядов.

Рис.34. Коаксиальная конфигурация электродной системы: 1,2 - заземленный электрод; 3 - проволочный высоковольтный электрод; 4,5 - кварцевые трубки; 6 - кольцевые экраны высоковольтного электрода

Рис.33. Распределение электростатических полей в комбинированной электродной системе: 1, 6 - заземлённый электрод, 2 - диэлектрическая пластина, 3 - высоковольтный электрод (три фольговые полосы, (7=30 кВ), 4 - эквипотенциальные линии, 5 - газовый промежуток

Анализ распределения электростатических полей в комбинированных электродных системах выявил критическое влияние геометрических параметров системы на распределение электрических полей, и, как следствие, на условия возбуждения разрядов. Макси-

мальные напряженности поля (400-500 кВ/см) достигаются вблизи полосок высоковольтного электрода (рис.33), при этом по длине разрядного промежутка напряженность поля снижается более чем на порядок величины. На рис.34 представлена структура коаксиальной электродной системы, реализующей условия для возбуждения поверхностного барьерного и диффузного разрядов.

Исследования диффузных разрядов и динамики наработки активных продуктов плазмохимических реакций в системе электродов с плазменным катодом при атмосферных условиях проведены с использованием генераторов ГНИ-120/200 и ГНИ-60/1000 в диапазоне в диапазоне амплитуд импульсов напряжения от 20 до 50 кВ при максимальной частоте следования импульсов 1 кГц.

ре. При повышении частоты ^ следования импульсов (свыше 50-100 Гц) наблюдаются изменения в условиях горения

разряда, его структуре, меняются энергетические параметры разряда (рис.36).

Рис.35. Фотография диффузного разряда при частоте следования импульсов 500 Гц (с1мэп=Ю мм)

4 5 6 7 в Э 10 11 12 13 Длина МЭП, мм

Рис.36. Диаграммы режимов горения разряда: I - энергия, вкладываемая в разряд в объемной фазе; 2 -энергия на начальной фазе разряда с токовыми каналами; 3 - полная энергия

О 0,05 ОД 0,15 0,2 0,25 0,3

Удельная энергия. Вт-ч/л

Рис.37. Зависимость концентрации 03 в коаксиальном разрядном узле от удельной энергии разряда при различной скорости продувки воздуха: 1 - 1л/мин; 2 - 2л/мин; 3 - Зл/мин; 4 - 4л/мин; 5 - 5л/мин

Исследования интенсивности плазмохимических процессов, происходящих под воздействием импульсного диффузного разряда, проведены путем измерений концентраций газовых компонент в газоразрядной камере при различных условиях работы установки. На рис.37 представлены результаты измерений концентрации озона, нарабатываемого в коаксиальной конфигурации разрядного узла при различных скоростях продувки воздуха (атмосферные условия).

Наиболее перспективной для технологических применений выглядит структура разряда с диффузными токовыми каналами. В этом режиме на фоне возрастающего энерговложения в разряд увеличивается эффективность наработки продуктов плазмохимических реакций. Каналы разряда при этом сохраняют диффузную структуру и обладают свойствами низкотемпературного плазменного образования, что снижает эрозию электродной системы и увеличивает ресурс работы установки.

В заключении приведены основные результаты диссертации.

1. Детальный анализ динамики потоков и ускорения микрочастиц на основе физических моделей электротермического ускорителя показал, что ускорение микрочастиц порошковых материалов до высоких скоростей при сохранении контроля режима их нагрева может быть проведено в области ударно-сжатого газа (ОУСГ) импульсного газоплазменного потока. Определены параметры ОУСГ, обеспечивающие заданный температурный режим ускорения, при котором скорость микрочастиц на момент их полного проплавле-ния достигает 75-95% по отношению к скорости потока.

2. Предложены новые способы формирования ОУСГ в электротермическом ускорителе, основанные на использовании мульти-разрядных схем разрядных узлов и профилированной геометрии стволов. Определены условия формирования ОУСГ с параметрами, позволяющими ускорять микрочастицы с размерами 5-50 мкм и плотностью их материла до \ 6-103 кг/м3 до скоростей 1,5-2 км/с.

3. Проведено исследование процессов ускорения сгустка микрочастиц, локализованного в начальный момент времени в области с конечными размерами вдоль ствола и обладающего неоднородным гранулометрическим составом порошкового материала. Показано, что в процессе ускорения происходит расслоение сгустка, для

рассмотренных условий зафиксирован двукратный разброс скоростей микрочастиц. При массе сгустка более 30 мг наблюдаются снижение скорости и деформации фронта ударной волны.

4. Проведены моделирование и экспериментальное исследование абляционных процессов диэлектрических втулок разрядного узла под действием радиационных потоков плазмы импульсного разряда. Для исследованных режимов плотность тепловых потоков достигает 107-108 Вт/см2, интегральная масса аблирующего материала изоляторов составляет около 1 мг/имп. Для уменьшения абляционного износа предложено использовать эффект теплового барьера, возникающего при инжекции в область разряда дополнительной порции микрочастиц.

5. Дан анализ газодинамических процессов в пространстве за срезом ствола электротермического ускорителя. Выявлены эффекты, оказывающие определяющее влияние на скорость, температуру микрочастиц и, как результат, качество формируемых покрытий. Установлено, что соответствующий выбор дистанции нанесения позволяет избежать потерь скорости микрочастиц и сохранить их температурное состояние.

6. Созданы экспериментальные образцы электротермических ускорителей, позволяющие проводить целенаправленные исследования процессов формирования потоков и ускорения микрочастиц порошковых материалов. Разработаны методики и проведены эксперименты по визуализации структуры, исследованию характеристик газоплазменных потоков, динамики сгустка микрочастиц. Экспериментально подтверждена возможность перестройки режимов работы ускорителя для реализации различных условий нанесения покрытий.

7. Проведены исследования ресурсных характеристик и теплового режима разрядного узла электротермического ускорителя. Предложены конструктивные и схемотехнические решения для оптимизации параметров установки с целью адаптации к промышленным условиям эксплуатации. Наилучшими ресурсными характеристиками обладает двухразрядная схема ускорителя с внешним коммутатором, показавшая стабильную работу до 6-103 импульсов

8. Проведен анализ режимов генерации газовых диффузных разрядов для эффективной наработки активных продуктов плазмо-

химических реакций. Определены параметры систем импульсного электропитания для зажигания диффузных разрядов с объемной структурой в атмосферных условиях. Оптимальная длительность импульсов напряжения составляет 30-50 не, предельная напряженность поля в межэлектродном промежутке - 40-45 кВ/см.

9. Созданы экспериментальные установки для исследований процессов генерации импульсно-периодических диффузных разрядов в электродных системах различных конфигураций при длине межэлектродных промежутков до 15 см в диапазоне давлений 10760 Торр. Системы импульсного электропитания построены на основе генераторов наносекундных импульсов, обеспечивающих формирование импульсов напряжения с амплитудой до 120 кВ и частотой повторения до 1 кГц.

10. Проведены исследования импульсно-периодических диффузных разрядов в двухэлектродных системах с резко неоднородным распределением электрических полей. Экспериментально показано, что разряд обладает макро- и микроструктурой, определены факторы, способствующие улучшению однородности разряда. Стабильные условия генерации диффузных разрядов атмосферного давления в промежутках длиной 2-6 см обеспечиваются при амплитудах импульсов напряжения более 100 кВ и длительности фронтов менее 10 не.

11. Проведены исследования диффузных разрядов в воздухе атмосферного давления при использовании электродных систем с плазменным катодом, формируемым с помощью диэлектрического барьерного разряда. Определены условия горения диффузного разряда в объемной фазе в промежутках длиной 0,5-4 см при амплитудах импульсов напряжения 20-50 кВ и частоте следования до 1 кГц. Показана высокая эффективность наработки активных продуктов плазмохимических реакций в режиме объемного горения диффузных разрядов.

Основные публикации по теме диссертации.

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

1. Maslennikov S.P., Chebotarev A.V., Shcolnikov E.Ya. et al. Flow dynamics and microparticles acceleration in the electrothermal launcher. IEEE Transactions on Magnetics, v.35, №1, Jan. 1999, pp.240-244.

2. Масленников С.П., Гузеев М.Ю., Чеботарев A.B., Школьни-

ков Э.Я. Ускорение микрочастиц в электротермическом ускорителе с мультиразрядной схемой разрядного узла. ПТЭ, №6, 2000г., с.130-135.

3. Maslennikov S.P., Guzeev M.Y., Shcolnikov E.Ya. et al.

Acceleration of Microparticles in Electrothermal Launcher with Multigap Scheme of Discharge Unit. IEEE Transactions on Magnetics, January 2001, vol.37, №1, 2001, pp.188-193.

4. Maslennikov S.P., Netchaev N.N., Shcolnikov E.Ya. et al.

Electrothermal Technology of Coating. IEEE Transactions on Magnetics, vol.39, №1, January 2003, pp.314-318.

5. Масленников С.П., Лай Г.Ю., Петров Д.В., Школьников Э.Я.

Экспериментальные исследования по возбуждению импульсно-периодических диффузных газовых разрядов. Инженерная физика, №3, 2004, с.20-23.

6. Масленников С.П., Лай Г.Ю., Школьников Э.Я. Эксперимен-

тальный комплекс для исследования возбуждения импульсно-периодического диффузного разряда с целью стерилизации медицинского инструментария. ПТЭ, №4,2004, с.109-113.

7. Масленников С.П., Суханова Л.А, Школьников Э.Я. Исследова-

ние электроэрозионных процессов в разрядном узле электротермической установки по нанесению покрытий. Инженерная физика, №1, 2005, с.20-24.

8. Масленников С.П., Чеботарев A.B., Школьников Э.Я. Динамика

газоплазменных потоков, ускорения и нагрева микрочастиц в импульсном электротермическом ускорителе. Инженерная физика, №2, 2007, с.26-31.

9. Масленников С.П., Морозов A.B., Чеботарев A.B., Школьников Э.Я. Исследования импульсных диффузных разрядов атмосферного давления в электродных системах с резконеоднород-ным распределением электрических полей. Инженерная физика, №3,2009, с.14-18.

10. Масленников С.П., Чеботарёв A.B., Школьников Э.Я. Тепловое изучение плазмы в разрядном промежутке импульсного электротермического ускорителя. Инженерная физика, №3, 2009, с. 19-22.

11. Масленников С.П., Крастелев Е.Г., Школьников Э.Я. Генератор высоковольтных наносекундных импульсов для возбуждения диффузных газовых разрядов при атмосферном давлении. ПТЭ, №5, 2009, с.98-101.

Авторские свидетельства и патенты.

12. Масленников С.П., Школьников Э.Я. Патент РФ «Устройство для электроимпульсного нанесения покрытий» №2216411, за-рег. 20.11.2003г., Бюл. №32.

Статьи в журналах и сборниках.

13. Maslennikov S.P., Shcolnikov E.Ya. et al. "Electrothermal acceleration of microparticles". Proceedings of 6 European Symposium on electromagnetic launch technology. Hague, 1997, pp. 261-268.

14. Maslennikov S.P., Shcolnikov E.Ya. et al. "High velocity flow generation and microparticles acceleration by means of high current pulse discharge." Proceedings of 11th IEEE International Pulsed Power Conference, Baltimore, Maryland, 1997, p.l 162-1167.

15. Maslennikov S.P., Shcolnikov E.Ya. et al. Flow Dynamics in Pulse Electrothermal Launcher with Multigap Scheme of Discharge Unit. Proceedings of 12-th IEEE International Pulsed Power Conference. Monterey, California USA. June 1999, pp.688-691.

16. Масленников С.П., Школьников ЭЛ. и др. Установки для нанесения покрытий на основе импульсного электротермического ускорителя. Научная сессия МИФИ-2001. Сб. научных трудов в 14 томах. Т.9, М: МИФИ, 2001, с.30-31.

17. Гузеев М.Ю., Масленников С.П., Школьников Э.Я. Динамика импульсных газоплазменных потоков и высокоскоростное ускорение микрочастиц в электротермическом ускорителе. Материалы международной конференции «Экстремальное состояние вещества: детонация, ударные волны». 2001г. г.Саров, с Л 60161.

18. Гаркуша О.В., Масленников С.П., Новожилов А.Е., Школьников Э.Я. Исследование импульсно-периодического диффузного разряда для целей стерилизации медицинского инструментария. Научная сессия МИФИ-2002. Сб. научных трудов в 14т., т.8, М: МИФИ, 2002г., с.25-26.

19. Масленников С.П., Суханова JT.A., Школьников Э.Я. Электроэрозионные процессы в электротермической установке по нанесению покрытий из порошковых материалов. Научная сессия МИФИ-2003. Сб. научных трудов в 14т., т.8, М: МИФИ, 2003г., с.54-55.

20. Лай Г., Масленников С.П., Школьников Э.Я. Генератор высоковольтных наносекундных импульсов напряжения для исследования диффузных разрядов. Научная сессия МИФИ-2003. Сб. научных трудов в 14т., т.8, М.: МИФИ, 2003г., с.62-63.

21. Maslennikov S.P., Shcolnikov E.Ya. et al. Stimulation of pulsed-periodical diffuse discharge to be used for medical instrumentation sterilisation. Proceedings of 14-th IEEE International Pulsed Power Conference. Dallas Texas USA. June 2003, pp.1120-1123.

22. Масленников С.П., Суханова JI.A., Школьников Э.Я. Абляционные процессы в разрядном узле электротермического ускорителя. Научная сессия МИФИ-2004. Сб. научных трудов в 14т,, т.8, М.: МИФИ, 2004г, с.18-19

23. Масленников С.П., Суханова Л.А., Школьников Э.Я. Ресурсные испытания экспериментальных макетов установки по нанесению покрытий из порошковых материалов. Научная сессия МИФИ-2005. Сб. научных трудов в 15т., т.8, М.: МИФИ, 2005г., с.53-54

24. Масленников С.П., Суханова Л.А., Чеботарев А.В., Школьников Э.Я. Изобарическая модель импульсных потоков в электротермическом ускорителе с рабочим газом - аргоном. Научная сессия МИФИ-2005. Сб. научных трудов в 15т., т.8, М.: МИФИ, 2005г., с.51-52

25. Chebotarev A.V., Maslennikov S.P., Shcolnikov E.Ya. et al. Atmospheric pulsed diffuse discharge in highly non-uniform fields to be used for sterilization and decontamination. Proceedings of 15th IEEE International Pulsed Power Conference. Dallas Texas USA. June 2005, pp.1421-1424.

26. Shcolnikov E.Ya., Maslennikov S.P., Sukhanova L.A., Shati-lov D.Yu. Research directed for development of coating electrothermal technology. Proceedings of 15-th IEEE International Pulsed Power Conference. Dallas Texas USA. June 2005, pp.226-229.

27. Масленников С.П., Суханова JI.A., Шатилов Д.Ю, Школьников Э.Я. Оптимизация геометрических параметров разрядного промежутка электротермического ускорителя микрочастиц. Научная сессия МИФИ-2006. Сб. научных трудов в 16т., т.8, М.: МИФИ, 2006г., с.53-54.

28. Масленников С.П., Петров Д.В., Школьников Э.Я. Разработка газоразрядной технологии для стерилизации и обеззараживания загрязненной среды. Материалы межд. конференции «Профилактика, диагностика и лечение инфекционных болезней, общих для людей и животных». Ульяновск 2006г., с.469-471.

29. Shcolnikov E.Ya., Maslennikov S.P., Netchaev N.N. Development of works on electrothermal technology of coating. Proceedings of 1-st EAPPC, China, 2006 pp.121-126

30. Масленников С.П., Шатилов Д.Ю., Школьников Э.Я. Динамика нагрева элементов конструкции импульсного электротермического ускорителя микрочастиц. Научная сессия МИФИ-2007. Сб. научных трудов в 17т., т.8, М.: МИФИ, 2007г., с.166-167.

31. Демин A.B., Масленников С.П., Цымбал A.A. и др. Влияние микрочастиц теплового барьера на износ стенок разрядного узла электротермического ускорителя. Научная сессия МИФИ-2008. Сб. научных трудов в 15т., т.5, М.: МИФИ, 2008г., с.128-129.

32. Крастелев Е.Г., Масленников С.П., Морозов A.B. и др. Исследования импульсных диффузных разрядов атмосферного давления. Научная сессия МИФИ-2008. Сб. научных трудов в 15т., т.5, М.: МИФИ, 2008г., с.130-132.

Подписано в печать 15.03.2010. Заказ № 95. Тираж 120 экз.

Типография НИЯУ МИФИ. Каширское шоссе, 31.

Введение.

Глава 1. Динамика импульсных потоков и ускорение микрочастиц в электротермических ускорителях с различной структурой разрядного узла и ствола.

1.1. Ускорение и нагрев микрочастиц порошковых материалов в газоплазменном потоке электротермического ускорителя.

1.1.1. Физические модели динамики ускорения и нагрева микрочастиц газоплазменным потоком.

1.1.2. Анализ динамики ускорения и нагрева микрочастиц в плазменной части потока.

1.1.3. Анализ динамики ускорения и нагрева микрочастиц в области ударно-сжатого газа потока.

1.2. Методы формирования области ударно-сжатого газа для ускорения микрочастиц порошковых материалов.

1.2.1 Формирование области ударно-сжатого газа в электротермическом ускорителе с классической структурой разрядного узла.

1.2.2. Метод пространственно-временного профилирования энерговыделения в разрядном узле электротермического ускорителя для управления процессами формирования потоков и ускорения микрочастиц.

1.2.3. Формирование области ударно-сжатого газа в ускорителе с профилированной геометрией ствола.

1.3. Динамика потоков и микрочастиц в пространстве между срезом ствола и подложкой.

1.4. Особенности динамики ускорения и нагрева сгустка микрочастиц с конечной длиной области инжекции и неоднородным гранулометрическим составом порошкового материала.

Глава 2. Экспериментальные макеты импульсных электротермических ускорителей.

2.1. Структура экспериментальных установок, конструктивное исполнение ускорительных узлов электротермических ускорителей.

2.2. Цепи импульсного электропитания экспериментальных электротермических ускорителей.

2.3. Электрические и энергетические характеристики разрядных узлов экспериментальных электротермических ускорителей.

Глава 3. Экспериментальные исследования процессов формирования газоплазменных импульсных потоков и динамики ускорения микрочастиц в электротермическом ускорителе.

3.1. Структура и кинетические характеристики высокоскоростных импульсных газоплазменных потоков в электротермическом ускорителе.

3.1.1. Экспериментальное оборудование и измерительные методики.

3.1.2. Визуализация структуры газоплазменных потоков электротермического ускорителя.

3.1.3. Исследования динамических характеристик газоплазменных потоков электротермического ускорителя.

3.2. Исследования динамики ускорения микрочастиц в электротермическом ускорителе.

3.2.1. Методики визуализации ускоренных микрочастиц.

3.2.2. Исследования динамики ускорения микрочастиц порошковых материалов.

3.3. Исследования температуры газоплазменных потоков в электротермическом ускорителе.

Глава 4. Исследования электроэрозионных и абляционных процессов в разрядном узле электротермического ускорителя.

4.1. Исследования электроэрозионных процессов в разрядном узле ускорителя.

4.2. Исследования влияния структуры электродной системы разрядных узлов на динамические характеристики потоков.

4.3. Динамика абляционных процессов диэлектрических стенок разрядного промежутка электротермического ускорителя.

4.3.1. Тепловое излучение аргоновой плазмы импульсного газоплазменного потока.

4.3.2. Теплопроводностная модель абляции диэлектрических стенок разрядного промежутка.

4.3.3. Анализ динамики абляционных процессов диэлектрических стенок разрядного промежутка.

4.3.4. Экспериментальные исследования абляционного износа керамических втулок разрядного промежутка.

4.4. Использование микрочастиц теплового барьера для снижения абляционного износа стенок разрядного узла электротермического ускорителя.

Глава 5. Экспериментальные исследования ресурсных характеристик и теплового режима работы разрядных узлов импульсного электротермического ускорителя для адаптации к промышленным условиям эксплуатации.

5.1. Ресурсные испытания разрядных узлов с различными схемами импульсного электропитания.

5.2. Возможности оптимизации геометрических размеров разрядного узла и конфигурации ствола с целью повышения эффективности установки.

5.3. Анализ тепловых процессов в элементах конструкции ускорителя.

Глава 6. Экспериментальные исследования по электротермическому нанесению порошковых покрытий.

6.1. Оценка параметров системы питания электротермического ускорителя и исследование режимов нанесения покрытий.

6.2. Экспериментальное нанесение порошковых покрытий и исследования их свойств.

Глава 7. Определение оптимальных условий и экспериментальное оборудование для генерации низкотемпературной плазмы импульсно-периодического диффузного разряда при атмосферных условиях.

7.1. Анализ режимов генерации газовых диффузных разрядов для эффективной наработки активных продуктов плазмохимических реакций, оценка параметров систем импульсного электропитания.

7.2. Генераторы высоковольтных наносекундных импульсов системы электропитания экспериментальных установок для исследований диффузных разрядов.

7.3. Электродные системы, газоразрядные камеры и измерительное оборудование экспериментальных установок для исследований диффузных разрядов.

Глава 8. Экспериментальные исследования импульсно-периодических диффузных разрядов в электродных системах с резко неоднородным распределением электрических полей.

8.1. Исследования диффузных разрядов в воздушной среде при низком вакууме в условиях резко неоднородного распределения электрических полей.

8.2. Генерация диффузных разрядов в условиях низкого вакуума при воздействии импульсов напряжения с фронтами длительностью менее 10"

8.3. Исследования диффузных разрядов в резко неоднородных электрических полях при давлениях воздуха близких к атмосферному.

Глава 9. Исследование импульсно-периодических диффузных разрядов атмосферного давления в электродных системах с плазменным катодом.

9.1. Анализ распределения электрических полей в электродных системах для возбуждения поверхностного барьерного и диффузного газового разрядов.

9.2. Исследования импульсно-периодических диффузных разрядов и динамики наработки активных продуктов плазмохимических реакций в системе электродов с плазменным катодом при атмосферных условиях.

Устройства мощной импульсной энергетики и электроники находят широкое применение в научных исследованиях, промышленности и медицине. Одним из таких применений является использование газоразрядной плазмы, генерируемой мощными импульсными разрядами при давлениях близких или равных атмосферному.

В качестве примера можно отметить использование высокоскоростных газоплазменных потоков, формируемых в разрядных узлах импульсных электротермических ускорителей, для ускорения микрочастиц порошковых материалов с целью нанесения высококачественных покрытий на поверхности различных деталей и изделий. По своим потенциальным возможностям нанесение покрытий с помощью электротермических ускорителей обладает рядом принципиальных преимуществ перед традиционными газотермическими методами, реализуемыми в плазмотронах, детонационных и HVOF (High Velocity Oxygen-Fuel) установках [1-23].

Электротермические ускорители позволяют по сравнению аналогами достичь существенно более высоких скоростей микрочастиц; осуществлять независимую регулировку скорости и температуры нагрева микрочастиц; наносить покрытия в контролируемой по составу и давлению среде, в том числе в атмосферных условиях, а также в среде инертных газов. Обладая относительно малыми габаритами, электротермические ускорители допускают широкую перестройку режимов работы и могут относительно просто адаптироваться к технологическим условиям нанесения покрытий, в них используется электрическая энергия, которая экологически чище и безопаснее горючих газов.

Высокие скорости внедрения микрочастиц в подложку, реализуемые в установке, являются одним из наиболее важных факторов влияющих на качество покрытий: покрытия получаются более плотными, твердыми и однородными, имеют более низкую пористость, более высокую адгезию и когезию. В этой связи электротермические ускорители обладают потенциальными возможностями создавать покрытия со значениями адгезии свыше 100 МПа и пористости

- менее 1 %. Высокие скорости микрочастиц позволяют получать высококачественные покрытия при больших углах наклона напыления, а также снижают требования к предварительной обработке подложки, что расширяет диапазон применения такой технологии. Температуры ускоряющих потоков позволяют доводить до плавления практически любой порошковый материал.

Установка может использоваться для нанесения комплексных покрытий, можно создавать "слоеные" или комбинированные покрытия. Установка способна наносить покрытия из мелкодисперсных порошков (1 мкм и менее), которые в последнее время привлекают к себе повышенное внимание. Малые размеры пятен на подложке (1-2 мм), которые способна реализовать установка, позволяют создавать точечные покрытия, весьма актуальные в ряде приложений. Малые размеры ускорительного блока позволяют размещать его в робото-технических устройствах.

Отмеченные преимущества электротермического ускорителя, используемого в качестве установки для нанесения покрытий, дают возможность реализовать с его помощью покрытия с уникальными свойствами, недоступные другим способам.

Первые работы по применению импульсных плазменных ускорителей для нанесения покрытий из порошковых материалов появились в конце 1970-х годов [24-26]. Эти ускорители представляли собой коаксиальные рельсотроны, разрядный промежуток которых образован коаксиальными коническими или цилиндрическими электродами [27-29]. Установки характеризовались весьма большими разрядными токами, достигающими 400-600 кА [30-32], а также обладали низкой электрической эффективностью, что практически исключало их использование в частотном режиме. Появившиеся позднее разработки [33] продемонстрировали принципиальную возможность ускорения и нагрева микрочастиц порошка с помощью импульсных электродинамических и электротермических ускорителей.

Новые результаты в развитии работ по применению электротермических ускорителей для нанесения покрытий из порошковых материалов были получены в начале 1990-х годов [34-46]. Разработанные физические модели электротермического ускорителя позволили провести анализ динамики потоков, а также ускорения и нагрева микрочастиц [47-55]. Был исследован ряд параметров этих ускорителей, проведены эксперименты по нанесению покрытий.

Основным результатом данных работ явилась показанная возможность создания установки, основанной на ускорении микрочастиц в плазменном потоке, формируемом в электротермическом ускорителе. Вместе с тем выявленные недостатки метода ускорения в плазменном потоке, в частности, быстрый неконтролируемый нагрева микрочастиц вплоть до температуры испарения, определили необходимость выбора нового способа ускорения, который должен обеспечивать условия ускорения микрочастиц до высоких скоростей с сохранением контроля их теплового состояния. Подобная задача предполагает решение целого ряда проблем, связанных с исследованием структуры и измерением параметров формируемых потоков, исследованием динамики ускорения микрочастиц в стволе ускорителя и их распространения в пространстве между срезом ствола и подложкой. Решение данных проблем позволит приступить к проработке элементов прототипа промышленного образца установки.

Вместе с тем работа в промышленных условиях накладывает ряд серьезных требований, связанных с необходимостью бесперебойной работы установки в течение заданного цикла технологического процесса, увеличением срока службы её узлов, снижением энергетических затрат при её работе. Эти требования тесно связаны между собой. Так, например, снижение энергопотребления установки при условии сохранения эффективности ускорения микрочастиц порошковых материалов приводит не только к удешевлению её эксплуатации, но и к уменьшению эрозионных, абляционных и тепловых нагрузок на элементы разрядного узла, ускорительного тракта и других элементов конструкции.

Центральным узлом установки, в значительной степени определяющим её работу, является разрядный узел, который может содержать один или несколько разрядных промежутков. Именно здесь посредством импульсного электрического разряда выделяется запасенная в первичных накопителях энергия. В этой связи представляется весьма важным определение таких геометрических конфигураций и размеров элементов разрядных узлов, которые минимизируют последствия мощного импульсно-периодического энерговыделения в их объеме. Кроме этого необходим детальный анализ тепловых процессов в элементах конструкции установки в условиях частотного режима работы.

Следует отметить, что результаты работ, полученные в МИФИ по ускорению микрочастиц в импульсном газоплазменном потоке, были использованы при разработке установки по нанесению покрытий на основе рельсотронного электродинамического ускорителя [56]. Среди работ, посвященных данной проблеме, можно также отметить результаты исследований по ускорению больших масс порошковых материалов (единицы грамм) в импульсных электротермических ускорителях [57].

В качестве еще одной области использования газоразрядной плазмы, генерируемой в мощных импульсных разрядах, можно выделить возможность создания на ее основе эффективных методов стерилизации объектов различного назначения, обеззараживания загрязненной среды, очистки индустриальных выбросов и выхлопных газов и т.д. [58-82].

В настоящее время широкий спектр инструментов и материалов медицинского назначения, изделий микроэлектроники, искусственные экосистемы (космические станции, замкнутые биотехнические системы длительного функционирования) остро нуждаются в надёжных и эффективных методах стерили-зационной обработки и обеззараживания. Как показывают исследования, наиболее перспективной в этом смысле является возможность использования неравновесной низкотемпературной воздушной плазмы при давлениях, близких или равных атмосферному. Это связано с тем, что в отличие от традиционно используемых методов стерилизации (обработка сухим горячим воздухом, перегретым паром высокого давления, химически активными веществами) технологии на основе низкотемпературной воздушной плазмы обладают принципиальными преимуществами.

Особо следует отметить низкую температуру обработки изделий, реализуемые с помощью методов плазменной стерилизации и обеззараживания, что дает возможность обрабатывать различные термочувствительные материалы. Большинство активных продуктов плазмохимических реакций довольно быстро разлагается, практически не оставляя опасных побочных продуктов реакций, в случае же необходимости может быть организована циркуляция активной газовой среды по замкнутому контуру. В отличие от стерилизующих устройств на основе ускорителей заряженных частиц плазменные стерилизационные установки не являются источниками радиационной опасности, не требуют специальных помещений и высококвалифицированного обслуживающего персонала. Их отличает экологическая безопасность, низкое энергопотребление и малая стоимость.

Плазма газового разряда содержит широкий спектр агентов стерилизации: заряженные частицы, высоковозбужденные нейтралы, активные продукты плазмохимических реакций, ультрафиолетовое и, в ряде режимов, рентгеновское излучения. Этим определяется высокая эффективность плазменной стерилизации и малое время, требуемое для обработки изделий.

В последние годы происходит бурное внедрение методов наработки активных продуктов плазмохимических реакций газоразрядной плазмы в различных медицинских приложениях. Недавно возник и прочно вошел в практику термин «плазменная медицина». Изучаются возможности использования газовых разрядов различных типов, таких как тлеющий, барьерный, скользящий, коронный и дуговой разряды [58-72]. Особое место занимают работы, в которых исследуется неравновесная плазма тлеющего разряда атмосферного давления [73-80]. К настоящему времени создан целый ряд плазменных установок, используемых в экспериментах по стерилизации, для генерации озона, с целью обработки промышленных выбросов и т.д. Эксплуатация этих установок подтверждает их высокую эффективность при решении поставленных задач.

Каждому из типов разрядов характерны специфические особенности их зажигания и условия наработки различных плазменных компонент, определяющие, в конечном счете, возможности практического применения. В коронных разрядах активные плазменные процессы локализованы в области горения разряда с малым эффективным объемом, в результате чего скорости наработки плазменных компонент оказываются достаточно низкими для многих приложений. Дуговые разряды обладают большой плотностью энергии и относительно высокими температурами, что может приводить к повреждению обрабатываемых объектов. К недостаткам поверхностных (скользящих) разрядов относятся локализация активных плазменных процессов в тонком приповерхностном слое и относительно высокая поверхностная температура. Основная доля излучения разряда лежит в коротковолновом спектральном диапазоне, в котором эффективность фотодиссоциации молекул в объеме окружающего газа невелика.

Широкое распространение получили установки, использующие объемный барьерный разряд атмосферного давления. Эксперименты показывают, что этот тип разряда чувствителен к качественному составу и влажности газовой среды, поэтому для получения стабильных характеристик зачастую требуется предварительная подготовка газа, а в ряде случаев используются относительно дорогие смеси на основе гелия. Подобные ограничения характерны тлеющему разряду атмосферного давления, для устойчивого зажигания которого необходимо принятие мер для контроля состояния исходной газовой смеси, а также стабилизация параметров системы электропитания.

В этой связи особую актуальность приобретают исследования по генерации низкотемпературной плазмы объемных диффузных разрядов в воздушных атмосферных условиях. При возбуждении разряда на атмосферном воздухе снимается необходимость применения каких-либо средств откачки, что способствует упрощению конструкции установок и снижению их стоимости.

Совместно с РФЯЦ ВНИИЭФ в НИЯУ МИФИ на кафедре «Электротехника» на протяжении последних нескольких лет были развернуты исследования по данной проблеме. Полученные результаты указывают на высокую эффективность наработки агентов стерилизации благодаря объемному характеру плазменных процессов в диффузном разряде. Проведены успешные эксперименты по деструкции плазмой импульсно-периодического диффузного атмосферного разряда органических загрязнителей воздуха, в том числе таких стойких как четыреххлористый углерод и бензол, а также эксперименты по инактивации микробиологических культур.

Для эффективной наработки агентов стерилизации в диффузном разряде требуется оптимизация параметров генератора, таких как амплитуда импульсов напряжения, их длительность, длительность фронтов, частота следования импульсов. Несмотря на многочисленные попытки использования низкотемпературной газоразрядной плазмы для различных технологических целей, обоснованного анализа для выбора параметров системы импульсного электропитания разряда не проводилось. В этой связи представляется весьма актуальным проведение подобного анализа. Для разработки экспериментальных образцов стерилизаторов с целью их практического применения необходимо провести широкий круг исследований, в том числе по созданию систем импульсного электропитания с заданными параметрами, выбору и оптимизации электродных систем, условиям возбуждения импульсно-периодического диффузного разряда, определению его структуры и характеристик.

Цели диссертации.

К основным целям работы относятся теоретические и экспериментальные исследования физических процессов формирования и распространения высокоскоростных газоплазменных потоков в электротермических ускорителях для ускорения микрочастиц порошковых материалов с целью нанесения покрытий на поверхности изделий, а также исследованию процессов генерации низкотемпературной плазмы импульсно-периодического диффузного разряда атмосферного давления для создания эффективной технологии стерилизационной обработки и обеззараживания различных объектов.

Научная новизна:

1. Впервые показано, что ускорение микрочастиц порошковых материалов до высоких скоростей при сохранении жесткого контроля режима их нагрева может быть проведено в области ударно-сжатого газа импульсного газоплазменного потока электротермического ускорителя.

2. Предложены новые способы формирования области ударно-сжатого газа на основе пространственно-временного профилирования ударной волны с использованием мультиразрядных схем разрядного узла электротермического ускорителя, а также с использованием профилированной геометрии ствола.

3. Получены новые данные о влиянии газодинамических процессов за срезом ствола электротермического ускорителя на скорость и температуру микрочастиц. Определены условия оптимизации расстояния от среза ствола до подложки, позволяющие избежать потери скорости микрочастиц и сохранить их тепловое состояние.

4. Впервые проведены расчеты и экспериментальные исследования динамического расслоения сгустка микрочастиц в электротермическом ускорителе, связанного с неоднородным гранулометрическим составом порошкового материала и конечными размерами области инжекции. Определены предельные значения массы навески инжектированного порошкового материала, при превышении которых происходят снижение скорости и деформации фронта ударной волны.

5. Разработаны физические модели процессов абляционного износа диэлектрических стенок разрядного промежутка под действием теплового излучения плазмы разряда в электротермическом ускорителе. Теоретически и экспериментально показано, что аблирующие слои проникают вглубь керамических изоляторов на глубину, не превышающую 1 мкм, а сам износ для рассматриваемых уровней запасенной энергии (~1 кДж) составляет около 1 мг/имп.

6. Впервые показано, что ресурс и энергетическая эффективность электротермического ускорителя могут быть значительно повышены при оптимизации геометрии разрядного узла, наилучшими ресурсными характеристиками обладает двухразрядная схема ускорителя с внешним ключевым элементом. Для снижения абляционного износа диэлектрических втулок предложено использовать эффект теплового барьера, реализуемого путем инжекции в разрядный промежуток порции микрочастиц порошкового материала.

7. На основании физического моделирования плазмохимических процессов выработаны основные требования к параметрам систем импульсного электропитания диффузного разряда в воздушной среде атмосферного давления для эффективной наработки плазменных агентов стерилизации. Предельная величина напряженности электрического поля составляет 40-45 кВ/см при длительности импульсов 30-50 не. Однородность пространственной структуры разряда повышается при воздействии импульсов напряжения с короткими фронтами (¿Ф<Ю-8с).

8. Экспериментально определены условия генерации диффузных разрядов в электродных системах с резко неоднородным распределением электрических полей в диапазоне давлений воздуха от 10 до 760 Topp. Показано, что комбинированная система электропитания разряда на основе источников постоянного и импульсного напряжения способствует увеличению энергии разряда и улучшению равномерности его объемной структуры.

9. Проведены исследования диффузных объемных разрядов в воздухе атмосферного давления при использовании электродных систем с плазменным катодом, в которых синхронно возбуждаются два типа разрядов: диэлектрический барьерный разряд в решетчатом электроде на диэлектрической поверхности и диффузный разряд с объемной структурой. Экспериментально показана высокая эффективность наработки активных продуктов плазмохимических реакций в режиме объемного горения диффузных разрядов.

Практическая ценность.

Полученные в работе результаты позволяют создать на основе импульсного электротермического ускорителя прототип промышленной установки по нанесению покрытий из порошковых материалов, которая по своим потенциальным возможностям обладает существенными преимуществами перед аналогами - установками газотермического напыления. Использование разрядных узлов с мультиразрядной структурой и профилированной геометрией ствола позволяет осуществлять практически независимую регулировку скорости микрочастиц и температуры их нагрева, проводить ускорение микрочастиц с широким диапазоном их размеров и плотностей порошкового материала до высоких значений скоростей. Электротермический ускоритель допускает проведение перестройки режимов его работы и может адаптироваться к различным технологическим и производственным процессам. Все это позволяет создавать условия для напыления покрытий с уникальными характеристиками.

Результаты исследований режимов генерации и характеристик импульсно-периодических диффузных разрядов, возбуждаемых в воздухе при атмосферных условиях, позволяют создать новые технологии стерилизации и обеззараживания с высокой эффективностью и малым временем обработки объектов. Стерилизационные плазменные установки на этой основе обладают высоким потенциалом для их внедрения в медицинских учреждениях, замкнутых биотехнических системах длительного функционирования и т.д. Эффективность плазменных стерилизаторов обусловлена широким спектром агентов стерилизации. Низкотемпературный характер плазмы разряда позволяет стерилизовать термочувствительные материалы, которые широко используются в различных областях науки и техники.

Основные результаты диссертационной работы используются в исследованиях, направленных на разработку, создание и практическое применение импульсных электрофизических установок и их элементов, которые проводятся в ФГУП ВНИИА (г. Москва), ФГУП ГНЦ РФ ТРИНИТИ (г. Троицк), ФГУП ВЭИ (г. Москва). Представленные в работе импульсные электротермические ускорители, а также результаты моделирования динамики газоплазменных потоков и ускорения микрочастиц порошковых материалов в электротермических ускорителях используются при проведении научно-исследовательских работ в РФЯЦ ВНИИЭФ (г. Саров). Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс на факультете «Автоматика и электроника» Национального Исследовательского Ядерного Университета «МИФИ».

Работы, вошедшие в диссертацию, выполнялись в рамках федеральных целевых программ "Интеграция", "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России", аналитической ведомственной целевой программы "Развитие научного потенциала высшей школы". Часть работ была поддержана Российским Фондом Фундаментальных исследований (гранты 99-01-00315, 0101-00533, 03-01-00707, 04-01-08004, 05-01-08111, 06-08-00593), а также Международным Научно-Техническим Центром (проекты 470-96, 3131-06).

На защиту выносится

1. Способ ускорения микрочастиц порошковых материалов областью ударно-сжатого газа, формируемой в головной части импульсного газоплазменного потока в электротермическом ускорителе.

2. Результаты анализа ускорения и нагрева микрочастиц в плазменной и ударно-сжатой областях импульсных потоков в аргоновой и воздушной средах.

3. Результаты физического моделирования динамики потоков и микрочастиц, анализа способов формирования области ударно-сжатого газа.

4. Результаты экспериментальных исследований структуры и характеристик газоплазменных потоков, динамики ускорения микрочастиц в электротермических ускорителях с различной конфигурацией разрядных узлов и геометрией каналов ускорения,

5. Результаты исследований эрозионных и абляционных процессов в разрядных узлах, теплового режима их работы, оптимизации геометрии разрядных узлов для повышения эффективности и ресурса электротермического ускорителя.

6. Результаты физического моделирования динамики компонентного состава газоразрядной плазмы и наработки продуктов плазмохимических процессов диффузного разряда.

7. Результаты экспериментальных исследований процессов генерации и характеристик диффузных разрядов в электродных системах с резко неоднородным распределением электрических полей в условиях низкого вакуума (разреженной газовой среде) и при атмосферном давлении.

8. Результаты исследований импульсно-периодических диффузных разрядов и динамики наработки активных продуктов плазмохимических реакций в электродных системах с плазменным катодом в воздушной среде при атмосферных условиях.

По мнению автора, эти положения можно квалифицировать, как решение крупной научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение, по исследованию физических процессов в электроимпульсных системах генерации газоплазменных потоков и объемных газовых разрядов для технологических применений.

Достоверность научных результатов подтверждается всесторонним анализом теоретических допущений, использованных при создании физических моделей, сравнением результатов моделирования и экспериментальных измерений параметров исследуемых явлений, дублированием измерений посредством использования различных экспериментальных методик, апробацией предложенных методов и методик при решении практических задач.

Апробация работы.

Основные результаты и положения диссертации были представлены на следующих симпозиумах и конференциях:

- 6-th European Symposium on electromagnetic launch technology. Hague, Netherlands, May 1997;

- 9-th Electromagnetic Launch Symposium. Edinburgh, Scotland, UK, May 1998;

- 10-th Electromagnetic Launch Symposium San Francisco, USA, May 2000;

- 11-th International Symposium on Electromagnetic Launch Technology, Saint Louis, France, May 2002;

- 12th International Symposium on Electromagnetic Launch Technology, Snowbird, Utah, USA, May 2004;

- 13-th Electromagnetic Launch Symposium EML-06. Potsdam, Germany, May 2006;

- 11-th IEEE International Pulsed Power Conference (PPC-97), Baltimore, Maryland, June 1997;

- 12-th IEEE International Pulsed Power Conference (PPC-99). Monterey, California USA. June 1999;

- 14-th IEEE International Pulsed Power Conference (PPC-2003), Dallas, Texas, USA, June 2003;

- 15-th IEEE International Pulsed Power Conference (PPC-2005), Monterey, California, June 2005;

- 16-th IEEE International Pulsed Power Conference (PPC-2007), Albuquerque, New Mexico, June 2007;

- 1-st Euro-Asian Pulsed Power Conference (EAPPC'06), Chengdu, China, September 2006;

- 26-th IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS99). June 1999 Monterey California USA;

- 6-th International Conference on the Science of Hard Materials (ICSHM-6), Lanzarote, Spain, March 1998;

- 1-st International Symposium on Nonthermal Medical/Biological Treatments Using Electromagnetic Fields and Ionized Gases (ElectroMed99), Norfolk, VA, April 1999;

- XIV научно-техническая конференция «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления (ДАТЧИК-2002)», Судак, Украина, Май 2002 г.;

- XV научно-техническая конференция «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления (ДАТЧИК-2003)», Судак, Украина, Май 2003 г.;

- XVI научно-техническая конференция «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления (ДАТЧИК-2004)», Судак, Украина, Май 2004 г.;

- XIX Международный семинар по ускорителям заряженных частиц, Алушта, Украина, сентябрь 2005г.;

- Международная конференция «Профилактика, диагностика и лечение инфекционных болезней, общих для людей и животных». Ульяновск, Россия, 2006г.;

- Научные конференции МИФИ. Москва, Россия, 1998-2009 г.г. Публикации.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 32 работах, в том числе в 11 статьях в рецензируемых журналах, по тематике работы получен патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 216 источников.

Основные результаты диссертации сводятся к следующему:

1. Детальный анализ динамики потоков и ускорения микрочастиц на основе физических моделей электротермического ускорителя показал, что ускорение микрочастиц порошковых материалов до высоких скоростей при сохранении контроля режима их нагрева может быть проведено в области ударно-сжатого газа (ОУСГ) импульсного газоплазменного потока. Определены параметры ОУСГ, обеспечивающие заданный температурный режим ускорения, при котором скорость микрочастиц на момент их полного проплавления достигает 75-95% по отношению к скорости потока.

2. Предложены новые способы формирования ОУСГ в электротермическом ускорителе, основанные на использовании мультиразрядных схем разрядных узлов и профилированной геометрии стволов. Определены условия формирования ОУСГ с параметрами, позволяющими ускорять микрочастицы с размерами

-з о

5-50 мкм и плотностью их материла до 16-10 кг/м до скоростей 1,5-2 км/с.

3. Проведено исследование процессов ускорения сгустка микрочастиц, локализованного в начальный момент времени в области с конечными размерами вдоль ствола и обладающего неоднородным гранулометрическим составом порошкового материала. Показано, что в процессе ускорения происходит расслоение сгустка, для рассмотренных условий зафиксирован двукратный разброс скоростей микрочастиц. При массе сгустка более 30 мг наблюдаются снижение скорости и деформации фронта ударной волны.

4. Проведены моделирование и экспериментальное исследование абляционных процессов диэлектрических втулок разрядного узла под действием радиационных потоков плазмы импульсного разряда. Для п о п исследованных режимов плотность тепловых потоков достигает 10-10 Вт/см , интегральная масса аблирующего материала изоляторов составляет около 1 мг/имп. Для уменьшения абляционного износа предложено использовать эффект теплового барьера, возникающего при инжекции в область разряда дополнительной порции микрочастиц.

5. Дан анализ газодинамических процессов в пространстве за срезом ствола электротермического ускорителя. Выявлены эффекты, оказывающие определяющее влияние на скорость, температуру микрочастиц и, как результат, качество формируемых покрытий. Установлено, что соответствующий выбор дистанции нанесения позволяет избежать потерь скорости микрочастиц и сохранить их температурное состояние.

6. Созданы экспериментальные образцы электротермических ускорителей, позволяющие проводить целенаправленные исследования процессов формирования потоков и ускорения микрочастиц порошковых материалов. Разработаны методики и проведены эксперименты по визуализации структуры, исследованию характеристик газоплазменных потоков, динамики сгустка микрочастиц. Экспериментально подтверждена возможность перестройки режимов работы ускорителя для реализации различных условий нанесения покрытий.

7. Проведены исследования ресурсных характеристик и теплового режима разрядного узла электротермического ускорителя. Предложены конструктивные и схемотехнические решения для оптимизации параметров установки с целью адаптации к промышленным условиям эксплуатации. Наилучшими ресурсными характеристиками обладает двухразрядная схема ускорителя с внешо ним коммутатором, показавшая стабильную работу до 6-10 импульсов

8. Проведен анализ режимов генерации газовых диффузных разрядов для эффективной наработки активных продуктов плазмохимических реакций. Определены параметры систем импульсного электропитания для зажигания диффузных разрядов с объемной структурой в атмосферных условиях. Оптимальная длительность импульсов напряжения составляет 30-50 не, предельная напряженность поля в межэлектродном промежутке — 40-45 кВ/см.

9. Созданы экспериментальные установки для исследований процессов генерации импульсно-периодических диффузных разрядов в электродных системах различных конфигураций при длине межэлектродных промежутков до

15 см в диапазоне давлений 10—760 Topp. Системы импульсного электропитания построены на основе генераторов наносекундных импульсов, обеспечивающих формирование импульсов напряжения с амплитудой до 120 кВ и частотой повторения до 1 кГц.

10. Проведены исследования импульсно-периодических диффузных разрядов в двухэлектродных системах с резко неоднородным распределением электрических полей. Экспериментально показано, что разряд обладает макро- и микроструктурой, определены факторы, способствующие улучшению однородности разряда. Стабильные условия генерации диффузных разрядов атмосферного давления в промежутках длиной 2-6 см обеспечиваются при амплитудах импульсов напряжения более 100 кВ и длительности фронтов менее 10 не.

11. Проведены исследования диффузных разрядов в воздухе атмосферного давления при использовании электродных систем с плазменным катодом, формируемым с помощью диэлектрического барьерного разряда. Определены условия горения диффузного разряда в объемной фазе в промежутках длиной 0,54 см при амплитудах импульсов напряжения 20-50 кВ и частоте следования до 1 кГц. Показана высокая эффективность наработки активных продуктов плаз-мохимических реакций в режиме объемного горения диффузных разрядов.

Хотелось бы искренне поблагодарить заведующего кафедрой «Электротехника» профессора Э.Я. Школьникова за тесное сотрудничество и создание благоприятных условий для выполнения работ. Выражаю глубокую признательность старшему научному сотруднику A.B. Чеботареву за активное участие в работах по созданию теоретических моделей исследуемых физических процессов. Огромная благодарность сотрудникам РФЯЦ ВНИИЭФ за плодотворное обсуждение результатов экспериментов по генерации импульсных газовых разрядов и оказанную помощь при проведении численного моделирования динамических процессов в электротермическом ускорителе. Благодарю руководство и экспертов ООО «ТСЗП» за содействие в выполнении исследований характеристик порошковых покрытий. Особая благодарность старшему научному сотруднику Е.Д. Вовченко, доценту Е.Г. Крастелеву, профессору А.П. Лотоцкому, ведущему инженеру Г.О. Месхи и другим специалистам, работающим в области мощной импульсной электрофизики, которые оказывали мне всестороннюю помощь в ходе выполнения исследований и принимали участие в многократных обсуждениях полученных результатов. Выражаю искреннюю признательность всем сотрудникам и аспирантам кафедры «Электротехника» НИЯУ МИФИ за их активное содействие и неоценимую поддержку в проведении работ.

Заключение.

1. А.Хасуй. Техника напыления. Пер. с яп. М.: "Машиностроение", 1975г., 288с

2. Л.М.Демиденко. Высокоогнеупорные композиционные покрытия. М.: "Металлургия", 1979,216с.

3. В.В.Кудинов. Плазменные покрытия. М.: "Наука". 1977, 184 с.

4. В.И.Костиков, Ю.А.Шестерин. Плазменные покрытия. М.: "Металлургия", 1978, 160 с.

5. В.В.Кудинов, В.М.Иванов. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. М.:

6. Машиностроение", 1981, 192с.

7. В.В.Кудинов, П.Ю.Пекшев, В.Е.Белащенко и др. Нанесение покрытий плазмой. М.: "Наука", 1990, 408с.

8. С.С.Бартенев, Ю.П.Федько, А.И.Григоров. Детонационные покрытия в машиностроении. Л. ^'Машиностроение", 1982, 248 с.

9. М.Х.Шоршоров, Ю.А.Харламов. Физико-химические основы детонационно-газового напыления покрытий. М.: "Наука", 1978, 224 с.

10. А.И.Зверев, С.Ю.Шаривкер, Е.А. Астахов. Детонационное напыление покрытий. Л.: "Судостроение", 1979, 232 с.

11. И.А. Глебов, Ф.Т. Рутберг. Мощные генераторы плазмы. М.: "Энергоатом-издат",1985, 153 с.

12. Г. Герман. Плазменное напыление покрытий. В мире науки, №11, 1988, с.64-70.

13. В.Дзюба. Электродуговые и высокочастотные плазмотроны в химико-металлургических процессах. Киев: "Высшая школа", 1991, 169 с.

14. Ю.С.Борисов, Ю.А.Харламов С.Л.Сидоренко, Е.Н.Ардатовская. Газотермические покрытия из порошковых материалов. Киев:"Наукова думка", 1987, 554 с.

15. А.Я.Кулик. Газотермическое напыление композиционных порошков. Л.:"Машиностроение", 1985, 200 с.

16. В.И.Шатунова. Состояние и перспективы развития методов газотермического нанесения износостойких покрытий и оборудование для их реализации. М.: ВНИИ ТЭМП, 1988, 52 с.

17. В.И.Шатунова. Газотермическое нанесение износостойких покрытий на изделия. М.: ВНИИ ТЭМП, 1989, 43 с.

18. В.А.Линник, П.Ю.Пекшев. Газотермическое нанесение покрытий. М.:"Машиностроение", 1990, 4.1, 109 с, ч.2, 94 с.

19. Л.Х.Балдаев. Реновация и упрочнение деталей машин методами газотермического напыления. М.: "КХТ", 2004, 134с.

20. Л.Х.Балдаев, Н.Г.Шестеркин, В.А. Лупанов, А.П.Шатов Особенности процессов высокоскоростного газопламенного напыления. //Технология машиностроения 2005,№3, с.31-34.

21. Л.Х.Балдаев и др. Газотермическое напыление. М.: Маркет ДС. 2007г. с.342

22. П.А.Витязь и др. Теория и практика газопламенного напыления/ Мн.: Наука и техника, 1993. - 295с.

23. Установка для нанесения покрытий пульсирующей плазмой. Патент США №4142089. Публикация 27.02.1979

24. Способ и устройство для нанесения покрытий при помощи разрядных импульсов. Патент Японии 12В15 (В23К) №35168. Публикация 11.11.1970.

25. Б.Р.Лазаренко и др. Ускорение частиц порошка газоразрядной плазмой и взаимодействие их с твердым телом. Электронная обработка материалов, №5, 1973, (53), с.31-33.

26. С.Д. Гришин, Л.В. Лесков, Н.П. Козлов. Плазменные ускорители. М.: "Машиностроение", 1983, 226 с.

27. В.С.Комельков, В.И.Модзолевский. Формирование плазменной струи в воздухе при атмосферном давлении. ИСТФ, т.41, в.5, 1971, с. 963-971.

28. В.М.Астажинский. Исследование динамики плазмообразования. Журнал прикладной спектроскопии, т.ЗЗ, в.4, 1980, с. 629-633.

29. Д.А.Гасин, Б.А.Урюков. Коаксиальный плазменный ускоритель для обработки поверхности. Генераторы низкотемпературной плазмы. Тезисы докладов XI Всесоюзной конференции, Новосибирск, 1989, ч.П, с. 272-273.

30. Д.А. Гасин, Б.А.Урюков. Движение и нагрев частиц в коаксиальном ускорителе. Изв. СО АН СССР, №16, в.З, 1985, с.92-99.

31. Д.А.Гасин, Б.А.Урюков. Определение динамических параметров сверхзвукового плазменного потока на срезе ствола импульсного ускорителя. Изв. СО АН СССР, №18, в.5, 1987, с.43-45.

32. А.Д.Лебедев, Б.А.Урюков. "Импульсные ускорители плазмы высокого давления", АН СССР. Сибирское отделение. Институт теплофизики, Новосибирск 1990г.

33. E.Ya.Shcolnikov, A.V.Chebotarev et al. Acceleration of Powder Materials in an Electrothermal Launcher, IEEE Transactions on Magnetics, vol. 31, Yan. 1995, pp. 758-763.

34. D.Davis, J.Bacon, R.Sledge et al. Multi-shot power supply using capacitors for an electromagnetic powder deposition (EPD) gun. Digest of technical papers of 11th IEEE International Pulsed Power Conference, Baltimore, Maryland, 1997, p. 11601165.

35. J.Bacon, D.Davis, J.Uglum et al. The diagnostic history of a new electromagnetic powder deposition system, United Thermal Spray Conference, September 1997.

36. G.Appelbaum, R.Alimil, S.Wald et al. Hard coating of metals and ceramics with a new electro-thermal-chemical gun technology. Proceeding of 6-th International Conference on the Science of Hard Materials (ICSHM6), Lanzarote, Spain, 1998, p.91.

37. W. Morrison, G. Wren, W. Oberle. Internal Ballistic Process in ETC Guns. Proceeding of the 13 Int. Symp. on Ballistics, Stockholm, 1992.

38. R.S. Zowarka, J.R. Uglum et al. Electromagnetic powder deposition experiments. Proceeding of 9-th Electromagnetic Launcher Symposium (EML-98),1998.

39. Th.H.G.G. Weise et al. Electrothermal Accelerators. A brief overview on the work performed within the trilateral European Electric Gun Program. Proceedings of 5th European symposium on Electromagnetic launch technology, April 1995, p.293-301.

40. S.R.Fuller, D. Hewkin Experimental ET research conducted at DRA and RO between 91/94. Proceedings of 5th European symposium on Electromagnetic launch technology, April 1995, p.303-310.

41. Ph.G.Rudberg et al. Comparative Analysis of Characteristics of electric discharge launcher in term of work of Hydrogen and Nitrogen. Proceedings of 5th European symposium on Electromagnetic launch technology, April 1995, p.311-317.

42. Th.H.G.G. Weise et al. Preoptimization of large calibre plasmabunchers with a full scale experimental simumator. Proceedings of 5th European symposium on Electromagnetic launch technology, April 1995, p.319-329.

43. K.Daree, D. Hensel, K. Zimmermann. Plasma-fluid interaction and arc resistance in electrothermal launchers. IEEE Transaction on Magnetics, vol.33, №1, January 1997, p289-294.

44. Th.H.G.G.Weise et al. Setup and performance of 105mm electrothermal gun. Transaction on Magnetics, vol.33, №1, January 1997, p.345-349.

45. F.V.Zagorsky. Optimal energy and mass input into an electro-thermal launcher. Transaction on Magnetics, vol.33, №1, January 1997, p.362-367.

46. D.Zoler et al. Analyses of powder particle acceleration and heating processes in a discharge capillary-ablative pipe device. Plasma Sources Science Technology, №56 1996 p. 588-601.

47. Th.H.G.G.Weise, B.Schmidt. LIBOKA, a quasi 2 dimensional code developed for ET Gun performance modeling. Proceedings of 5th European symposium on Electromagnetic launch technology, April 1995, p.423-433.

48. K.Gruber. Two-dimentional modelling of electrical arcs for use in electrothermal launcher. Proceedings of 5th European symposium on Electromagnetic launch technology, April 1995, p.475-480.

49. F.Caillau et al. Modélisation of interior ballistics of an Electrothermal launcher. Proceedings of 5th European symposium on Electromagnetic launch technology, April 1995, p.685-691.

50. E.Jacob et al. Electrothermal launcher modeling in CEA. Proceedings of 5th European symposium on Electromagnetic launch technology, April 1995, p.709-718.

51. A.M.Voronov, Th.H.G.G.Weise. Method of analysis of propelling gas in electrothermal launcher. Proceedings of 6th European Symposium on Electromagnetic Launch Technology,Hague, 25-28 May, 1997, p.408-413.

52. K.Gruber, U.H.Bauder. Numerical simulation of electrothermal accelerators. Proceedings of 6th European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, Hague, May, 1997, p.430-434.

53. Y.Jordan et al. Numerical modeling of the internal ballistics of an electrothermal launcher. Proceedings of 6th European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, Hague, May, 1997, p.230-236.

54. R.C.Zowarka, J.R.Uglum et al. Electromagnetic Powder Deposition Experiments. IEEE Transactions on Magnetics, v.35, №1, Jan. 1999, pp.268-274

55. United States Patent 6,124,563. September, 26 2000 «Pulsed electrothermal powder spray»

56. M.Laroussi, I.Alexeff and Weng L Kang. Biological decontamination by nonthermal plasmas. IEEE Transactions on Plasma Science. Vol. 28, Nol, February 2000, pp. 184-188.

57. A.Pokryvailo, Y.Yankelevich, M.Wolf et al. A lkW Pulsed Corona System for Pollution Control Applications. Proceedings of 14th IEEE International Pulsed Power Conference, Dallas, Texas, 2003, pp.225-228.

58. A.E.Dubinov, E.M.Lazarenko and V.D.Selemir. Effect of glow discharge air plasma on grain crops seed. IEEE Transactions on Plasma Science. Vol. 28, Nol, February 2000, pp. 180-183.

59. Birmingham J. and Hammerstrom. Bacterial decontamination using ambient pressure nonthermal discharges. IEEE Transactions on Plasma Science. Vol. 28, Nol, February 2000, pp. 51-55.

60. Xu Lei, Zhang Rui, Liu Peng, Ding Li-Li and Zhan Ru-Juan. Sterilization of E-coli bacterium with an atmospheric pressure surface barrier discharge. Chinese Physics Vol.13, №6, June 2004, p.917-922.

61. Rui Zhang, Ru-Juan Zhan, Xiao-Hui Wen and Lei Wang. Investigation of the characteristic of atmospheric pressure surface barrier discharges. Plasma Sourses Sci. Technol. 12 (2003) 590-596.

62. E.J.M. van Heesch, A.J.M.Pemen et. al. A fast pulsed power source applied to treatment of conducting liquids and air. IEEE Transaction on Plasma Science Vol. 28, №1, February 2000, pp. 137-142.

63. K.Schoenbach et al. The effect of pulsed electrical fields on biological cells. Proceedings of 11th IEEE International Pulsed Power Conference, Baltimore, Maryland, 1997, p.73-78.

64. V.M.Bystrutskii, T.K.Wood et al. Pulsed power for advanced waste water remediation. Proceedings of 11th IEEE International Pulsed Power Conference, Baltimore, Maryland, 1997, p.79-84.

65. R.Korzekwa, L.Rosocha and Z.Falkenstein. Experimental results comparing pulsed corona and dielectric barrier discharges for pollution control. Proceedings of 11th IEEE International Pulsed Power Conference, Baltimore, Maryland, 1997, p.97-102.

66. EJ.M. van Heesch, H.W.M.SmuIders et al. Pulsed corona for gas and water treatment. Proceedings of 11th IEEE International Pulsed Power Conference, Baltimore, Maryland, 1997, p. 103-108.

67. L.A.Rosocha. Non-thermal plasma (NTP) applications to the environment: gaseous electronics and power conditioning. Proceedings of 14th IEEE International Pulsed Power Conference. Dallas, Texas USA, June 2003. p.215-220.

68. E.E.Kunhardt. Generation of large-volume, atmospheric-pressure, nonequilibrium plasmas. IEEE Transactions on Plasma Science. Vol. 28, Nol, February 2000, pp. 189-199.

69. M. Laroussi. Nonthermal Decontamination of Biological Media by Atmospheric-Pressure Plasmas. Review, Analysis and Prospects. IEEE Trans, on Plasma Science, V. 30. №4, 2002, p.1409-1415

70. A.Schutze, J.Jeong, S.Babayan et al. The atmospheric-Pressure Plasma Jet: A Review and Comparison to Other Plasma Sources. IEEE Transaction on Plasma Science. Vol.26, №6, December 1998, p.1685-1693.

71. M.Laroussi. Sterilization of contaminated matter with an atmospheric pressure plasma. IEEE Transactions on Plasma Science. Vol. 24, No3, June 1996, pp. 1188-1191.

72. M.Laroussi, F.Leipold. Evaluation of the roles of reactive species, heat and UV radiation in the inactivation of bacterial cells by air plasmas at atmospheric pressure. Int. Journal of Mass Spectrometry 233 (2004) 81-86.

73. M.Laroussi, X.Lu, C.Malott. A non equilibrium diffuse discharge in atmospheric pressure air. Plasma Sourses Sci. Technol. 12 (2003) 53-56.

74. M.Laroussi and X.Lu. Room Temperature Atmospheric Pressure Plasma Plume for Biomedical Applications, Applied Physics Letters, Vol. 87, 2005.

75. N.M.Efremov, B.Yu.Adamiak et al. Action of a self-sustained glow discharge in atmospheric pressure air on biological objects. IEEE Transactions on Plasma Science. Vol. 28, Nol, February 2000, pp. 238-241.

76. Th.C.Montie, K.Kelly-Wintenberg, Y.R.Roth. An Overview of research using the One Atmosphere Uniform Glow Discharge Plasma (OAUGDP) for sterilization of surfaces and materials. IEEE Transactions on Plasma Science Vol. 28,Nol, February 2000, pp. 41-50.

77. J.R.Roth, D.M.Sherman, R.B.Gadri et al. A remote exposure reactor (RER) for plasma processing and sterilization by plasma active species at one atmosphere. IEEE Transactions on Plasma Science. Vol. 28, Nol, February 2000, pp. 56-63.

78. S.Kanazawa, M.Kogoma, T.Moruwaki and S.Okazaki. Stable glow plasma at atmospheric pressure. J.Phys.D.: Appl. Phys. 21 (1988) 838-840.

79. D.Wang, K.Fujiya et al. Diesel exhaust control using a magnetic pulse compressor. Proceedings of 14-th IEEE International Pulsed Power Conference. Dallas Texas USA. June 15-18, 2003, 1270-1273

80. S.Seethamsetty, S.K.Dhali. A wet plasma scrubber for use in industrial pollution control. Proceedings of 13-th IEEE International Pulsed Power Conference. Las Vegas, Nevada 2001. June 17-22, 1818-1821

81. E.Ya.Shcolnikov et al. High efficiency electrothermal accelerator. IEEE Transaction on Magnetics, v.31, №1, 1995, p.p. 447-451

82. E.Ya.Shcolnikov, S.P.Maslennikov et al. Electrothermal acceleration of microparticles. Proceedings of 6 European Symposium on electromagnetic launch technology. Hague, 1997, p. 261-268.

83. С.П.Масленников, А.В.Чеботарев, Э.Я.Школьников. Динамика газоплазменных потоков, ускорения и нагрева микрочастиц в импульсном электротермическом ускорителе. Инженерная физика, №2, 2007, стр.26-31

84. S.A.Vasiljevsky, I.A.Sokolova. Non-ideal and ideal property of multycomponent plasma of air, Non-equilibrium processes in gases and low temperature plasma. International school seminar. Minsk, 1992.

85. Р.Бусройд. Течение газа со взвешенными частицами, М.: Мир, 1975, 374с.

86. Б.Т.Емцов. Техническая гидродинамика, М., Машиностроение, 1987, 440с.

87. М.Е.Дейч, А.Е.Зарянкин. Гидрогазодинамика, М., Энергоатомиздат, 1984, 384с.

88. Л.Е.Стернин, Б.Н.Маслов, А.А.Шрайбер, А.М.Подвысоцкий. Двухфазные моно- и полидисперсные течения газа с частицами. М., 1980. 172 с.

89. С.Браун. Элементарные процессы газового разряда. Под ред. Франк-Каменецкого Д.А., М., Атомиздат, 1961.

90. Н.А Капцов. Электрические явления в газах и вакууме. Изд. 2-е. М. Гостех-издат. 1952.

91. В.Л.Грановский Электрический ток в газе. М. Гостехиздат, 1952.

92. Г.Френсис. Ионизационные явления в газах. Под ред. Настюхи А.И. и Семашко H.H. М. Атомиздат, 1964.

93. Ю.П.Райзер. Основы современной физики газоразрядных процессов. М., Наука, 1980.

94. А.М.Ховатсон. Введение в теорию газового разряда. М., Атомиздат, 1980.

95. Б.М.Смирнов. Ионы и возбужденные атомы в плазме. М., Атомиздат, 1974.

96. И.Мак-Даниель. Процессы столкновений в ионизованных газах. Под ред. Арцимовича Л.А. М., Мир, 1967.

97. C.R.Wilke. Chemical Engineering Progress. 1950, vol.46, №2, pp.95-104.

98. Ю.П.Райзер. Физика газового разряда. М., Наука, 1987.

99. А.Мак-Доналд. Сверхвысокочастотный пробой в газах. Под ред. Рабиновича М.С. М., Мир, 1968.

100. Г.Н.Абрамович. Прикладная газовая динамика. М: Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», 1976, 888с.

101. Я.Б.Зельдович, Ю.П.Райзер. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М:"Наука", 1966г., 686 с.

102. Я.Б.Зельдович. Теория ударных волн и введение в газодинамику. Изд-во АН СССР, 1946. с. 186.

103. Е.В.Ступоченко, И.П.Стаханов и др. Сб. Физическая газодинамика. Изд-во АН СССР, 1959

104. Е.Ya.Shkolnikov, S.P.Maslennikov et al. High velocity flow generation and microparticles acceleration by means of high current pulse discharge. Proceedings of 11th IEEE International Pulsed Power Conference, Baltimore, Maryland, 1997, p.l 162-1167.

105. E.Ya.Shcolnikov, A.V.Chebotarev, S.P.Maslennikov et al. Flow dynamics and microparticles acceleration in the electrothermal launcher. IEEE Transactions on Magnetics, v.35, №1, Jan. 1999, p.240-244.

106. М.Ю.Гузеев, С.П.Масленников, А.В.Чеботарев, Э.Я.Школьников. Ускорение микрочастиц в электротермическом ускорителе с мультиразрядной схемой разрядного узла. ПТЭ, №6, 2000г., с. 130-135.

107. M.Y.Guzeev, S.P.Maslennikov, E.Ya.Shcolnikov et al. Acceleration of Microparticles in Electrothermal Launcher with Multigap Scheme of Discharge Unit. IEEE Transactions on Magnetics, January 2001, vol.37, №1, 2001, p. 188193.

108. E.Ya.Shcolnikov, S.P.Maslennikov et al. Flow Dynamics in Pulse Electrothermal Launcher with Multigap Scheme of Discharge Unit. Proceedings of 12th IEEE International Pulsed Power Conference. Monterey, California USA. June 27-30, 1999, p.688-691.

109. С.П.Масленников, Э.Я.Школьников. Патент РФ «Устройство для электроимпульсного нанесения покрытий» №2216411, зарег. 20.11.2003г., Бюл. №32

110. E.Ya.Shcolnikov, S.P.Maslennikov, N.N.Netchaev et al. Electrothermal Technology of Coating. IEEE Transactions on Magnetics, vol.39, №1, January 2003, p.314-318.

111. С.М.Бахрах, Ю.П.Глаголева, М.С.Самигулин и др. Расчет газодинамических течений на основе метода концентраций. Докл. АН СССР, 1981,т.257, №3, с.566-569.

112. С.М.Бахрах, В.Ф.Спиридонов, А.А.Шанин. Метод расчета газодинамических течений неоднородной среды в лагранжево-эйлеровых переменных. Докл. АН СССР, 1984,т.276, №4, с.829-833.

113. Б.Э.Фридман, Ф.Г.Рутберг. Проводники и контакты в электрических цепях мегаамперных токов. ПТЭ, 2001, №2, с.70-78

114. Ф.Фрюнгель. Импульсная техника. Генерирование и применение разрядов конденсаторов. М:"Энергоатомиздат", 1965,488с.

115. Г.А.Месяц. Генерирование мощных наносекундных импульсов. М:"Сов. радио", 1974, с.ЗОЗ.

116. А.С.Ельчанинов, Г.А. Месяц. Трансформаторные схемы питания мощных наносекундных импульсных генераторов. В кн.: "Физика и техника мощных импульсных систем" под. ред. Велихова Е.П., М: Энергоатомиздат, 1986г., с.179-188.

117. Г.А.Воробьев, Г.А. Месяц. Техника формирования высоковольтных наносекундных импульсов. М: Госатомиздат, 1963, с. 153.

118. С.С.Вдовин. Проектирование импульсных трансформаторов. 2 изд.,Л: Энер-гоатомиздат,1991, 207с.

119. Г.Э.Фиш "Магнито-мягкие материалы". ТИИЭР, т.78, №6, июнь 1990г., с.с.60-86.

120. Н.Б.Балбашова. Миниатюрные импульсные трансформаторы на феррито-вых сердечниках. М: Энергия, 1976, 120с.

121. К.А.Пискарев, H.H. Шольц. Ферриты для радиочастот. М: Энергия, 1966, с.258.

122. Д.Ф.Алферов, В.П. Иванов, В.А. Сидоров, В.В. Федоров. Новое поколение сильноточных вакуумных управляемых разрядников. Прикладная физика, №4, с.41-48, 2001.

123. Д.Ф.Алферов, В.П.Иванов, В.А.Сидоров Сильноточные вакуумные коммутирующие устройства для мощных накопителей энергии. ПТЭ. 1998, №5, с.83-90

124. D.F.Alferov, V.P.Ivanov, V.A.Sidorov. High-current vacuum switching devices for power energy storages. IEEE Transactions on Magnetics. 1999, v.35, №1, p.323-327.

125. Диагностика плазмы. Под. ред. Р.Хаддлстоуна и С.Леонарда. М:"Мир", 1967г., 516с.

126. В.Ф.Климкин, А.Н.Папырин, Р.И.Солоухин. Оптические методы регистрации быстропротекающих процессов. Новосибирск: "Наука", 1980г., 207с.

127. А.Н.Зайдель, Г.В. Островская. Лазерные методы исследования плазмы. -Ленинград: "Наука", 1977г., 221с.

128. Диагностика плотной плазмы. Под. ред. Н.Г. Басова. М:"Наука", 1989г., 368с.

129. M.Sadowski, S.Ugnievski. Plasma refraction measurements by means of a laser differential interferometer. Journal of Technical Physics, 17, 4, 365-377, 1976.

130. Г.И.Апонин и др. Рассеяние света в диагностике газовых потоков и низкотемпературной плазмы. В кн. Диагностика плазмы. М: "Энергоатомиздат", 1989 вып.7, с.111.

131. Л.Н.Пятницкий. Лазерная диагностика плазмы. М: "Атомиздат", 1976, с.424.

132. Методы исследования плазмы. Под ред. Лохте-Хольтгревена. М: "Мир", 1971, с.552

133. Е.Д.Вовченко, А.С. Савелов. Мощный импульсный ультрафиолетовый лазер, возбуждаемый сильноточным поперечным разрядом в азоте при атмосферном давлении. В сб. ст.: Мощные физико-энергетические системы. М:"Энергоатомиздат", 1988г. с.57-63

134. Г.Грим. Спектроскопия плазмы. М. "Атомиздат", 1969г., 452с.

135. V.Bakshi, R.Kearney. An investigation of local thermodynamic equilibrium in an argon plasma jet at atmospheric pressure. J.Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer., vol.41, №5, February 1989, p.369-376.

136. V.Bakshi, B.Barett and al. Spectroscopic Diagnostic of Railgun Plasma Armatures, IEEE Transaction on Magnetics, vol.29, No.l, January 1993, pp.1097-1101.

137. O.E.Hankins, M.A. Bourham, J. Earnhart and J.G. Gilligan. Visible Light Emission Measurements From a Dense Electrothermal Launcher Plasma, IEEE Transaction on Magnetics, vol.29, No.l, January 1993, pp. 1158-1161.

138. T.Sueda et al. Characterization of capillary plasmas with different diameter. Proceedings of 11th IEEE International Pulsed Power Conference, Baltimore, Maryland, 1997, p.l 150-1155.

139. L.Msika, P.Noiret, L.Veron. Temperature and electron density measurements by emission spectroscopy from a dense electrothermal launcher plasma.

140. Proceedings of 5th European symposium on Electromagnetic launch technology, April 1995, p.645-656.

141. K.Gruber et al. Temperature measurements in electrothermal launchers. Proceedings of 5th European symposium on Electromagnetic launch technology, April 1995, p.665-672.

142. И.Г.Кесаев. Катодные процессы электрической дуги. М., Наука, 1968.

143. П.Н.Дашук, С.Л.Зайенц, В.С.Комельков и др. Техника больших импульсных токов и магнитных полей. М., Атомиздат, 1970.

144. И.А.Глебов, Ф.Г.Рутберг. Мощные генераторы плазмы. М., Энергоатомиз-дат, 1985.

145. М.Ф.Жуков, Г.А.Дюжев, В.И.Хвесюк и др. Приэлектродные процессы в дуговых разрядах. Новосибирск, Наука, 1982.

146. А.Энгель. Ионизованные газы. Под ред. М.С. Иоффе. Государственное издательство физико-математической литературы. Москва, 1959.

147. M.Rott. The Small Caliber Electrothermal Accelerator. IEEE Transaction on Magnetics, 1993, v.29, №1, pp.597-602.

148. С.П.Масленников, Л.А.Суханова, Э.Я.Школьников. Исследование электроэрозионных процессов в разрядном узле электротермической установки по нанесению покрытий. Инженерная физика, №1, 2005 г, с.20-24

149. С.П.Масленников, Л.А.Суханова, Э.Я.Школьников. Электроэрозионные процессы в электротермической установке по нанесению покрытий из порошковых материалов. Научная сессия МИФИ-2003. Сб. научных трудов в 14т., т.8, М: МИФИ, 2003г., с.54-55.

150. E.Ya.Shcolnikov, S.P.Maslennikov, L.A.Sukhanova, D.Yu.Shatilov. Research directed for development of coating electrothermal technology. Proceedings of 15-th IEEE International Pulsed Power Conference. Dallas Texas USA. June 2005, p.226-229

151. E.Ya.Shcolnikov, S.P.Maslennikov, N.N.Netchaev. Development of works on electrothermal technology of coating. Proceedings of 1-st EAPPC, China, 2006 p.121-126.

152. С.П.Масленников, А.В.Чеботарев, Э.Я.Школьников. Тепловое изучение плазмы в разрядном промежутке импульсного электротермического ускорителя. Инженерная физика, №3, 2009, стр. 19-22.

153. С.П.Масленников, Л.А.Суханова, Э.Я.Школьников. Абляционные процессы в разрядном узле электротермического ускорителя. Научная сессия МИФИ-2004. Сб. научных трудов в 14т., т.8, М: МИФИ, 2004г, с. 18-19.

154. С.П.Масленников, Л.А.Суханова, А.В.Чеботарев, Э.Я.Школьников. Изобарическая модель импульсных потоков в электротермическом ускорителе с рабочим газом — аргоном. Научная сессия МИФИ-2005. Сб. научных трудов в 15т., т.8, М: МИФИ, 2005г., с.51-52.

155. Арсенин В.Я. Методы математической физики и специальные функции. М., Наука, 1984.

156. M.J.Taylor. Measurement of the Properties of Plasma from ETC Capillary Plasma Generators. IEEE Transactions on Magnetics, vol.37, Jan. 2001. p. 194198

157. M.A.Bourham, O.E.Hankins et al. Comparative Study of Component Erosion for Electromagnetic and Electrothermal Launchers. IEEE Transactions on Magnetics, vol.29, Jan. 1993.

158. Э.И. Асиновский, A.B. Кириллин. Положительный столб стабилизированной электрической дуги. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Под ред. В.Е. Фортова. T.II. М. Наука, 2000.С.93-107.

159. А.В.Демин, С.П.Масленников, А.А.Цымбал и др. Влияние микрочастиц теплового барьера на износ стенок разрядного узла электротермического ускорителя. Научная сессия МИФИ-2008. Сб. научных трудов в 15т., т.5, М: МИФИ, 2008г., с.128-129.

160. С.П.Масленников, Л.А.Суханова, Э.Я.Школьников. Ресурсные испытания экспериментальных макетов установки по нанесению покрытий из порошковых материалов. Научная сессия МИФИ-2005. Сб. научных трудов в 15т., т.8, М: МИФИ, 2005г., с.53-54

161. С.П.Масленников, Л.А.Суханова, Д.Ю.Шатилов, Э.Я.Школьников. Оптимизация геометрических параметров разрядного промежутка электротермического ускорителя микрочастиц. Научная сессия МИФИ-2006. Сб. научных трудов в 16т., т.8, М: МИФИ, 2006г., с.53-54.

162. Э.И.Асиновский, А.В.Кириллин, В.Л.Низовский. Стабилизированные электрические дуги и их применение в теплофизическом эксперименте. М., Наука, 1992. с.257.

163. В.Финкельнбург, Г.Меккер. Электрические дуги и термическая плазма. М., ИЛ, 1961. с.370.

164. С.П.Масленников, Д.Ю.Шатилов, Э.Я.Школьников. Динамика нагрева элементов конструкции импульсного электротермического ускорителя микрочастиц. Научная сессия МИФИ-2007. Сб. научных трудов в 17т., т.8, М: МИФИ, 2007г., с. 166-167

165. И.М.Пилат, З.К.Хомицкая. Методика расчета коэффициентов теплообмена для оптимизации термоэлектрических охладителей. Инженерно-физический журнал, т.69, №4, 2003.

166. В.Е.Волосенков, И.Л.Куприянов. Порошки для газотермических покрытий: Состав. Свойства. Применение. Мн.: Выш.шк., 1987. - 27с.

167. С.Н.Гайдук, М.Ю.Гузеев, С.П.Масленников, Э.Я.Школьников. Установки для нанесения покрытий на основе импульсного электротермического ускорителя. Научная сессия МИФИ-2001. Сб. научных трудов в 14 томах., Т.9, М: МИФИ, 2001, с.30-31.

168. Л.П.Бабич, Ю.Г.Кудрявцев, О.Н.Петрушин и др. Устройство для генерации озона и дезактивации дымных газов на основе электрического разряда, развивающегося в режиме убегающих электронов. ПТЭ, 2002,№1,с.125-128.

169. И.А.Солошенко, В.В.Циолко и др. Применение тлеющего разряда низкого давления для стерилизации медицинских изделий. Физика плазмы, том 26, № 9, 2000г. с. 845-853.

170. И.А. Солошенко, В.В. Циолко, С.С. Погуляй и др. Компонентный состав активных частиц в объёмном барьерном разряде на сухом воздухе. Прикладная физика № 4, 2006, с. 18-27.

171. S.U.Kalghait, G.Fridman, M.Cooper et al. Mechanism of Blood Coagulation by Nonthermal Atmospheric Pressure Dielectric Barrier Discharge Plasmas. IEEE Transactions on Plasma Science. 2007. vol. 35, №5. p. 1559 1566.

172. G.Fridman, A.Shereshevsky, M.Jost et al. Floating electrode dielectric barrier discharge plasma in air promoting apoptotic behavior in melanoma skin cancercell lines. Plasma Chemistry and Plasma Processes, vol. 27, №2, 2008, p.163-176

173. H.Ayan, A.F.Gutsol, V.N.Vasilets et al. Nanosecond-Pulsed Uniform Dielectric-Barrier Discharge IEEE Trans. Plasma Sci., V.36, №2, 2008, p504-508

174. H.Ayan, G.Fridman, M.Peddinghaus et al. Blood coagulation and living tissue sterilization by floating-electrode dielectric barrier discharge in air. Plasma Chem. and Plasma Process., v.26, №4, 2007, p.425-442

175. C.Cheng, Liu Peng, Xu Lei et al. Development of a new atmospheric pressure cold plasma jet generator and application in sterilization. Chin. Phys., v. 15, №7, 2007, p.1544-1548

176. В.В.Кремнев, Г.А.Месяц. Методы умножения и трансформации импульсов в сильноточной электронике. Новосибирск: Наука, 1987г.

177. Ю.Д.Королев, Г.А.Месяц. Физика импульсного пробоя газов М.: Наука, 1991.- 222с.

178. Г.А.Месяц. Импульсная энергетика и электроника- М.: Наука, 2004,- 704с.

179. Г.Ретер. Электронные лавины и пробой в газах. Пер. с англ. под ред. В.С.Комельков. М:«Мир», 1968г.

180. Д.Мик, Д.Крэгс. Электрический пробой в газах./ Пер. с англ. М.: Изд-во иностранной литературы, 1960, 605с.

181. Г.А.Месяц, Ю.Д.Королев. Объемные разряды высокого давления в газовых лазерах. УФН, Том 148, вып.1, январь 1986г., с. 101-122.

182. О.А.Омаров, В.С.Курбанисмаилов, Н.А.Ашурбеков. Самостоятельный объемный разряд в гелии атмосферного давления. Прикладная физика №4, 2003. с.20-26

183. Газовые лазеры / пер. с англ.; ред.: И. Мак-Даниель, У. Нигэн. М. : Мир, 1986. - 548 с.

184. Е.П.Велихов и др. Импульсные С02- лазеры и их применение для разделения изотопов/- М.: Наука, 1983. 304 с.

185. Г.А.Абильсиитов, Е.П.Велихов, B.C. Голубев и др. Мощные газоразрядные С02-лазеры и их применение в технологии М.: Наука, 1984. - 106 с

186. Г.Лай, С.П.Масленников, Э.Я.Школьников. Генератор высоковольтных наносекундных импульсов напряжения для исследования диффузных разрядов. Научная сессия МИФИ-2003. Сб. научных трудов в 14т., т.8, М: МИФИ, 2003г., с.62-63.

187. Г.Лай, С.П.Масленников, Д.В.Петров, Э.Я.Школьников. Экспериментальные исследования по возбуждению импульсно-периодических диффузных газовых разрядов. Инженерная физика №3 2004, с.20-23.

188. Г.Лай, С.П.Масленников, Э.Я.Школьников. Экспериментальный комплекс для исследования возбуждения импульсно-периодического диффузного разряда с целью стерилизации медицинского инструментария. ПТЭ №4 2004. с.109-113

189. Ю.И.Бычков, Ю.Д.Королев, Г.А.Месяц и др. Объемные разряды, применяемые для накачки эксимерных лазеров. В кн.: Лазерные системы. Новосибирск: Наука, 1980г. с. 14-29.

190. Г.А.Месяц, В.В.Осипов, В.Ф.Тарасенко. Импульсные газовые лазеры. М.: Наука, 1991.

191. Ю.И.Бычков, В.В.Осипов, В.В.Савин. Электроразрядные лазеры на двуокиси углерода. В сб.ст. Газовые лазеры, /под ред.Солоухина Р.И. и Чеботарева В.П. Новосибирск: Наука, 1977.

192. А.И.Павловский, В.С.Босамыкин, В.И.Карелин, В.С.Никольский. Электроразрядный ОКГ с инициированием в активном объеме. Квантовая электроника. Т.9, №3, 1976, с.601-604.

193. А.И.Павловский, В.Ф.Босманов, В.С.Босамыкин, В.И.Карелин и др. Электроразрядный С02-лазер с объемом активной области 0,28 мЗ. Квантовая электроника. Т. 14, №2, 1987, с.428-430.

194. С.П.Масленников, А.В.Морозов, А.В.Чеботарев, Э.Я.Школьников. Исследования импульсных диффузных разрядов атмосферного давления в электродных системах с резконеоднородным распределением электрических полей. Инженерная физика, №3, 2009, стр. 14-18

195. Л.П.Бабич, Т.В.Лойко, В.А.Цукенман. Высоковольтный наносекундный разряд в плотных газах при больших перенапряжениях, развивающийся в режиме убегания электронов. УФН .160, вып.7, июль 1990, с.49-82.

196. С.Н.Буранов, С.В.Воеводин и др. Импульсно-периодический диффузный разряд в смесях воздуха с органическими загрязнителями. В сб.ст. Исследования по физике плазмы /под ред. В.Д. Селемира, А.Е. Дубинова. Са-ров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 1998 г. стр. 339-361.

197. S.N.Buranov, V.V.Gorokhov, V.I.Karelin et al. Runway electrons in microchannels of high voltage glow discharge in air at atmospheric pressure. // Proceedings XX Intern. Conf. on Phenom. Ioniz. Gas. Piza, Italy. Vol.2, 1991, pp.466-467.

198. Т.В.Лойко. Регистрация энергичных электронов при электрических разрядах микросекундной длительности в воздухе атмосферной плотности. ЖТФ, №2, 1980, с.392-393.

199. С.Н.Буранов, В.В.Горохов, В.И.Карелин, П.Б.Репин. Исследование динамики формирования многоканальной структуры наносекундных диффузных разрядов Теплофизика высоких температур. 1991. Т. 29. Вып. 2. С. 383-385.

200. А.И.Павловский, М.А.Воинов, В.В.Горохов и др. Поперечная пространственная структура высоковольтных диффузных разрядов //ЖТФ. 1990. Т. 60, №1. С. 64-72.

201. П.Б.Репин, А.Г.Репьев. Самоорганизация канальной структуры наносе-кундного диффузного разряда в электродной системе проволочка-плоскость. ЖТФ, 2001, том 71, вып.5, стр.128.

202. I.A.Kassyi, A.Ya.Konstinsky et al. Kinetic scheme of the non-equilibrium discharge in nitrogen-oxygen mixtures. Plasma Sources Sci. Technol. Vol. 1, №3, 1992, p. 207-220

203. Е.А.Пеликс, Л.Я.Морговский. Наносекундная импульсная рентгеновская аппаратура. в кн. Сильноточные импульсные электронные пучки в технологии/ Отв.ред.Месяц Г.А.- Новосибирск: Наука, 1983.- с. 115-125.

204. А.С.Ельчанинов, Ф.Я.Загулов и др. Ускорители сильноточных электронных пучков с высокой частотой следования импульсов. — в кн. Сильноточные импульсные электронные пучки в технологии/ Отв.ред. Месяц Г.А.Новосибирск: Наука, 1983.- с.5-21.

205. Е.Г.Крастелев, С.П.Масленников, Э.Я.Школьников. Генератор высоковольтных наносекундных импульсов для возбуждения диффузных газовых разрядов при атмосферном давлении. ПТЭ №5 2009, с.98-101

206. Е.Г.Крастелев, С.П.Масленников, А.В.Морозов и др. Исследования импульсных диффузных разрядов атмосферного давления. Научная сессия МИФИ-2008. Сб. научных трудов в 15т., т.5, М: МИФИ, 2008г., с.130-132.

207. В.В.Лунин, М.П.Попович, С.Н.Ткаченко. Физическая химия озона. М.: МГУ, 1998. 480 с.