Формирование, разделение и диагностика потока ионов в процессе плазмооптической масс-сепарации тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

КАЗАНЦЕВ Александр Владимирович

ФОРМИРОВАНИЕ, РАЗДЕЛЕНИЕ И ДИАГНОСТИКА ПОТОКА ИОНОВ В ПРОЦЕССЕ ПЛАЗМООПТИЧЕСКОЙ МАСС-СЕПАРАЦИИ

Специальность 01.04.01 - Приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Иркутск — 2015

28 ОКТ 2015

005563891

005563891

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Иркутский национальный исследовательский технический университет»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

доцент, ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет» Строкин Николай Александрович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

ведущий научный сотрудник, ФГБУН «Институт солнечно-земной физики СО РАН»

Кичигин Геннадий Николаевич

кандидат физико-математических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет» Красов Виктор Иванович

Ведущая организация: Федеральное государственное

бюджетное учреждение науки «Институт общей физики им. A.M. Прохорова Российской академии наук»

Защита состоится «09» декабря 2015 г. в 15 часов 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.073.09 при ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет» по адресу: Россия, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, д. 83, корпус «К», конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет» и на официальном сайте университета www.istu.edu.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, прошу высылать по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, д. 83, ученому секретарю диссертационного совета Д212.073.09 Ченскому А.Г.

Автореферат разослан «/& » октября 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.073.09, кандидат физико-математических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В естественном «природном» состоянии вещества находятся, с одной стороны, в виде многоэлементных соединений, с другой, элементы смесей имеют немоноизотопный состав. На практике существует потребность использования моноэлементных или моноизотопных веществ, так как их свойства, например по отношению к электромагнитным и тепловым полям, чувствительны к наличию, в том или ином виде, примесей, ухудшающих электро- и теплопроводность. Основными методами разделения смесей в настоящее время являются химические экстракционные методы разделения многокомпонентных соединений. Зачастую они реализуются в несколько технологических этапов и требуют значительного количества вспомогательных веществ.

Что касается выделения изотопов, то используются, преимущественно, молекулярно-кинетические - газовая диффузия и центробежная технологии [1*] и физические - электромагнитный, плазменный селективный ионно-циклотронный нагрев (ИЦР) и лазерные селективные методы (MLIS, AVLIS). Универсальным среди перечисленных методов, способным работать с любыми веществами, является лишь один - электромагнитный; он же позволяет получать наиболее «чистые» компоненты, однако, с малой производительностью. Применение данного метода для получения изотопов в промышленных масштабах неэффективно. Выделение изотопов происходит здесь при воздействии постоянного магнитного поля на пучок ионов нужного вещества, при этом ток пучка ограничен из-за кулоновского рассеяния на собственном ионном положительном заряде.

Наряду с изотопным разделением вещества в последнее время появилась необходимость разделения многокомпонентных смесей на фракции, например легкую и тяжелую. Наиболее обсуждаемой задачей в этом отношении является выделение из отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) трансурановых элементов, которые впоследствии предлагается использовать в новом топливном уран-плутониевом цикле (МОХ-топливо) [2*-12*].

С целью нахождения универсального высокопроизводительного способа масс-сепарации, лишённого недостатков, присущих названным методам, с конца XX века начались работы по созданию технологий извлечения элементов (изотопов) целевой массы из смеси, находящейся в состоянии плазмы.

В плазменном эксперименте лучшие результаты по разделению были достигнуты на установке - фильтре масс «Архимед» (Archimedes Technology Group, San Diego, USA) [10*]. При проведении тестовых работ по пространственному (радиальному) разделению испаренной смеси слабоактивных отходов целевые ионы извлекались из предварительно созданной в объеме масс-сепаратора натриевой вращающейся плазмы. Для этого использовалась комбинация аксиального магнитного и радиального или азимутального электрического полей. Получено уменьшение тяжелой фракции в смеси более чем в 20 раз.

Основой для создания «Архимеда» стали работы по генерации вращающейся плазмы, в частности, на установках ПСП-2, ПСП-02 и ИСП (ИЯФ СО

РАН, Новосибирск, Россия) [13*], в которых был найден способ получения в стационарной плазме сильного радиального электрического поля.

Применительно к масс-сепарации на две группы элементов далее были предложены асимметричные магнитные масс-сепараторы с ловушечной конфигурацией магнитного поля бесстолкновительные [5*] или столкновитель-ные [9*] (Princeton University, Princeton, USA), в которых высокоэнергичные продукты ядерных реакций и частицы основной плазмы - тяжелые и легкие ионы извлекаются на приемники, расположенные на противоположных торцах системы.

Строящаяся в РНЦ «Курчатовский институт» (Москва, Россия) установка селективного ионно-циклотронного нагрева ПС-1 предназначена для разделения отработавшего ядерного топлива на фракции [4*] в процессе ИЦР-нагрева целевого наиболее тяжелого элемента; остальные собираются на коллекторы в виде «отвала».

В демонстрационном плазменном сепараторе ННЦ «Харьковский физико-технический институт» (Харьков, Украина) разделение тяжелых и легких элементов производится во вращающейся в скрещенных электрическом и магнитном полях плазме [12*]. Плазма создается из газовой смеси Хе, Кг и С02, моделирующей отработавшее ядерное топливо. На пространственно разнесенных торцевых коллекторах наблюдалось изменение интенсивности плотности тока ионов при изменении величины радиального электрического поля.

В разрабатываемом масс-сепараторе [5*] легкие ионы попадают на приемники, перемещаясь поперек магнитного поля непосредственно вблизи «теплового» (от 0,2 до 3 эВ) источника плазмы, а прошедшие тяжелые ионы попадают в область сепаратора, где есть и электрическое поле специальной конфигурации. Особенность установки состоит в использовании ускоряющего потенциала для минимизации энергетического и углового разбросов ионов плазмы на входе в камеру сепаратора и потенциальной ямы для пространственного разделения ионов разных масс.

Одним из наиболее перспективных с точки зрения производительности и минимизации энергозатрат представляется метод плазмооптической масс-сепарации, исследованию и развитию которого посвящена настоящая диссертация. Идея метода предложена А.И. Морозовым [15*, 16*], (РНЦ «Курчатовский институт») и развита в ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет», где создается и первый экспериментальный макет сепаратора - ПОМС-Е-3.

Большинство разрабатываемых плазменных методов сепарации требуют создания стационарных электрических полей, поперечных по отношению к силовым линиям магнитного поля, что возможно в результате эквипотенци-ализации силовых линий магнитного поля. Магнитное поле здесь обеспечивает замагниченность электронов, что существенно ограничивает поперечную относительно магнитного поля проводимость. Такой подход, в отсутствии столкновений, назван плазмооптическим [14*]. Отличительной особенностью способа панорамной плазмооптической масс-сепарации является также использование плазмооптического источника квазинейтрального стационарного плазменного потока ионов различных масс из ускорителя плазмы. Далее на

ионы действует поперечное (радиальное) магнитное поле, которое, как известно, разделяет ионы в соответствие с отношением масса/заряд. Магнитное поле локализовано в устройстве, называемом азимутатором. Фокусировка и собирание ионов на приемники происходит в сепарирующем объеме - цилиндрическом конденсаторе (энергоанализаторе Юза-Рожанского), где, кроме радиального электрического, создается аксиально-симметричное магнитное поле, замагничивающее электроны, но слабо влияющее на траектории ионов. Авторами [15*, 16*] такое устройство названо «масс-сепаратор ПОМС-Е». Простота реализации относительно других плазменных сепараторов, высокая заявленная производительность (10-15 тонн за год для веществ с массам масс-сепаратора ПОМС-Е-3 и М ~ 100 а.е.м.) и малое энергопотребление делают данную схему электромагнитного масс-сепаратора наиболее привлекательной из всех известных плазменных сепараторов.

Цель диссертации

Исследование закономерностей и особенностей формирования, разделения и диагностики потока ионов в процессе плазмооптической масс-сепарации на макете сепаратора ПОМС-Е-3.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

Исследовано влияние конечной толщины азимутатора и величины продольного магнитного поля в сепарирующем объёме ПОМС-Е-3 на траектории ионов.

Определены основные закономерности формирования потока ионов в области ПОМС-Е-3 «плазменный ускоритель — азимутатор».

Изучено влияние пространственного заряда потока ионов и степени его компенсации на траектории ионов.

Создана помехозащищённая система регистрации и предварительной обработки сигналов для работы с энергоанализатором с задерживающим потенциалом (ЭЗП) с исключением влияния фоновой плазмы.

Научная новизна

Впервые показано, что конечная толщина азимутатора и продольное магнитное поле в сепарирующем объёме ПОМС-Е-3 ведут к увеличению радиальной компоненты скорости ионов и, как следствие, к отклонению их от траекторий, задаваемых азимутатором.

Впервые установлено, что при формировании потока плазмы в системе «плазменный ускоритель-азимутатор» масс-сепаратора ПОМС-Е-3 происходит обеднение потока электронам и, как следствие, нежелательное уменьшение ионного тока на выходе азимутатора.

Найдены новые режимы работы ПОМС-Е-3 с полной компенсацией пространственного заряда ионного потока, движущегося в сепарирующем пространстве.

Разработана система автоматического удаления помех в процессе регистрации сигналов с ЭЗП, связанных с электрическими пробоями (электронным током) и всплесками ионного тока.

Найден способ исключения влияния фоновой плазмы на измерения энергетического спектра ионов плазменного потока с помощью ЭЗП.

Теоретическая и практическая значимость

Выводы, полученные в результате исследований будут использованы для развития и реализации метода плазмооптической масс-сепарации.

Методология и методы исследования

Использовались аналитический расчёт, численное моделирование, лабораторный эксперимент и сравнение полученных разными методами результатов между собой.

Численное моделирование включало:

• компьютерное моделирование в среде ПО (программное обеспечение) FEMM;

• компьютерная обработка экспериментальных данных в специализированном ПО Wolfram Mathematica и в ПО, разработанном самостоятельно.

Экспериментальные данные получались при использовании:

• зондов Ленгмюра;

• эмиссионных зондов;

• энергоанализатора с задерживающим потенциалом;

• систем регистрации и предварительной обработки сигналов для работы с энергоанализатором с задерживающим потенциалом и электрическими зондами.

Положения, выносимые на защиту

1. Обнаруженные особенности работы масс-сепаратора ПОМС-Е-3: на траектории разделяемых ионов заметное влияние оказывает продольное магнитное поле в сепарирующем пространстве и конечная толщина азимута-тора.

2. Эффект компенсации избыточного положительного заряда с помощью источника электронов, расположенного непосредственно на выходе из азимутатора, что приводит к устранению перекрытия траекторий ионов разных масс на приёмниках масс-сепаратора ПОМС-Е-3.

3. Анализ влияния фоновой плазмы на сигнал энергоанализатора с задерживающим потенциалом показал, что при отличном от нулевого положительном потенциале плазмы измеряемый спектр ионов - это сумма спектра доускоренных ионов исследуемого потока и пучка ионов фоновой плазмы, сформированного потенциалом плазмы. Это влияние исключается при подаче на разделительную сетку ЭЗП положительного потенциала, превышающего потенциал плазмы.

4. Создана система регистрации и предварительной обработки сигналов, обеспечивающая помехозащищённую работу энергоанализатора с задерживающим потенциалом.

Личный вклад

Все выносимые на защиту результаты получены при непосредственном участии автора или лично автором. Постановка задач на проведение экспериментальных исследований, методы решения поставленных задач, анализ экспериментальных данных и обобщение результатов диссертации выполнены совместно с научным руководителем H.A. Строкиным. В случае теоретических исследований личный вклад состоял в совместном с В.М. Бардаковым анализе и обсуждении вариантов аналитических решений. Личный вклад в численное моделирование - совместное с С.Д. Ивановым расширение числа вариаций параметров в моделируемых задачах. Автором самостоятельно разработано программное обеспечение для ЭВМ, используемое как для получения экспериментальных данных, так и для их последующей обработки.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 6 работ из перечня ВАК РФ: 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ; 1 заявка на изобретение и 4 доклада на международных и всероссийских конференциях.

Степень достоверности и апробация результатов

Материалы, представленные в диссертации, были доложены на конференциях: XLI и XLII Международных Звенигородских конференциях по физике плазмы и УТС (г. Звенигород, 2014 и 2015 гг.), XIII Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Современные проблемы радиоэлектроники и связи» (Иркутск, 22 мая 2014 г.), XIII ежегодной конференции компании National Instruments «Инженерные и научные приложения на базе технологий N1 NIDays» - 2014 (19-20 ноября 2014 г.).

Объём и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объём работы составляет 93 страницы основного текста, диссертация содержит 33 рисунка, список литературы содержит 75 наименований.

Основное содержание работы

Во введении дана общая характеристика работы, определена ее актуальность, сформулированы цель диссертации и решаемые задачи, определены положения, выносимые на защиту, обоснована научная новизна и практическая значимость выполненных исследований. Показаны личный вклад автора и степень апробации работы.

В первой главе изложены принципы плазмооптической масс-сепарации многокомпонентных смесей и требования к масс-сепаратору, сложившиеся в результате работы исследовательской группы Национального исследовательского Иркутского государственного технического университета (ИРНИТУ) [1].

Существенным развитием идеи плазмооптической масс-сепарации являются работы коллектива ИРНИТУ [2*, 3*, 6*, 8*, 17*-22*]. Для реализации" идеи ПОМС-Е потребовалось разрешить ряд серьезных проблем, наиболее значимой из которых была немоноэнергетичность ионного потока из ускорителя плазмы (ПУ), в спектре которого присутствуют ионы с энергиями W от нескольких потенциалов ионизации до величин, превышающих разрядное напряжение на 5-10%, и энергетическим разбросом AW/W ~ 1, что делает невозможной панорамную масс-сепарацию в единой фокусной плоскости, перпендикулярной оси исходного плазменного потока, - в схеме ПОМС-Е [А.И. Морозов - 15*, 16*]. Была найдена схема ПОМС-Е-3 (рис. 1) [19*, 20*], в которой оказалась возможной, в принципе, идеальная масс-сепарация трехком-понентного (массы М0, Mh М2\ М2< М0< М2) потока плазмы из ПУ с любым распределением ионов по энергии.

В работах [19*, 20*] было учтено уширение фокусных колец (изменение размеров приемных электродов) как за счет начального разброса радиальных скоростей, так и немоноэнергетичности ионов в плазменном потоке. Рассмотрение движения сепарируемых ионов проводилось в цилиндрической системе координат г, (р, Z в плазмооптическом (одночастичном) приближении, когда поток ионов полностью скомпенсирован электронами. Кольцевой поток плазмы с ионами разных масс вначале проходит вдоль оси Z через кольцевой зазор азимутатора со средним радиусом R, в котором по всей ширине А (вдоль оси Z) существует радиальное магнитное поле Br = const = BR. При этом азимутальная скорость, приобретаемая ионом после прохождения

азимутатора, определяется массой иона и равна VvA = —.

Рис. 1. Схема масс-сепаратора ПОМС-Е-3: 1 - азимутатор, 2 - катушки электромагнитов ПУ, 3 - магнитопровод, 4 - система напуска рабочего газа, 5 - анод ПУ, 6 -источник электронов сопровождения, 7 -система для создания продольного магнитного поля в сепарирующем объеме, 8, 10 - цилиндрические электроды - приемники ионов, 9 - торцевой приемник ионов

После выхода из азимутатора дви-

жение иона по радиусу происходит при сохранении момента D MVVAR=^

МУуГ =

под действием центробежной силы и силы со стороны радиального электрического поля Е^г)= -Е^Шг), направленного к оси. Вдоль оси X ионы движутся по инерции с постоянной скоростью Угл, равной скорости ионов на выходе азимутатора. Движение иона по радиусу после азимутатора

определялось уравнением Мг - ^^ - еЕ0 -. Если определить центральную л, Д2

массу М0 = е£ д3. как массу такого иона, который, вылетев из азимутатора с

нулевой радиальной скоростью, будет всегда находиться на радиусе г = 7?, тогда уравнение движения иона с произвольной массой М будет таким:

Масс-сепарация в рамках ПОМС-Е [схема авторов работ 15*, 16*], как следует из решений уравнения (1), невозможна уже при А\¥ЛУ > 3/8 (это условие для ПУ выполняется всегда). Для предложенной конфигурацииПОМС-Е-3 [19*, 20*] сбор частиц с массой М) можно устраивать на цилиндрической протяженной вдоль продольной оси поверхности радиуса г/, а прием частиц массы М2 - на поверхности радиуса г2 (см. рис. 1). Причем на цилиндрах радиусов Г] и Г2 окажутся ионы массами Л// и М2 любой энергии. Ионы массой Мо собираются на торцевом кольцевом приемнике, расположенном между цилиндрами радиусами г/ и г2. При этом гх = Я — /? —, г2 = Я + Д —, а длина

сепарирующего объема 12тах = ¡Уд - Уф2Д0 ■ у, где Т0 = 5М = М0-М.

Проведенные аналитические исследования и численные эксперименты дали возможность рассчитать предварительные инженерные параметры макета ПОМС-Е-3, работающего на плазме смесей трех газов - азот-аргон-криптон или азот-неон-аргон. Конструкция масс-сепаратора соответствует рис. 1. В макете радиус центральной траектории окна плазменного ускорителя и азимутатора составляет 11 = 90 мм, /?,„,,, = 87,5 мм, Ятах - 92,5 мм. В качестве плазменного ускорителя (ПУ) применялись одно- и двухступенчатые ПУ с анодным слоем. Катод ПУ выполнялся или совмещенным с азимутатором, или раздельным. Магнитное поле в области анода и в азимутаторе создавалось одной аксиально симметричной внешней катушкой или двумя вакуумными катушками. Введение второй катушки позволило регулировать индукцию магнитного поля в области анода и в азимутаторе в большем диапазоне величин. В основном, это связано с потребностью вариации локализации области ионизации в промежутке анод-катод ПУ, которая определяет, в свою очередь, энергию 1У потока плазмы.

Величина поперечного (радиального) магнитного поля в области анода устанавливалась равной 200-450 Гс, в азимутаторе - 1700-4100 Гс. Разрядные напряжения ускорителя изменялись в диапазоне 300+1200 В, токи разряда / < 100 мА при давлении плазмообразующего газа в сепарирующем пространстве 10~3-210~5 торр.

Вакуумная камера масс-сепаратора длиной Ь ~ 800 мм имеет размер 836x836 мм. В ней размещена охлаждаемая водой катушка (поз. 7 на рис. 1) диаметром 732 мм и длиной 630 мм для создания продольного (Вг) магнитного поля величиной до 0,024 Т. Внутри катушки размещены два цилиндрических электрода 8 и 10 диаметрами, соответственно, 678 и 92 мм для создания радиального электрического поля Ег. В проводимых экспериментах на центральный электрод подавалось отрицательное напряжение величиной до 500 В; внешний цилиндр - заземлен. В сепарирующем объеме создавалось магнитное поле величиной Вг > 80 Гс. При таком поле ларморовский радиус электронов (при энергии 9 эВ) ре & 1,2 мм, что много меньше характерного

(1)

размера макета ПОМС-Е-3. Система создания Ег включает также по 13 кольцевых цилиндрических коаксиальных электродов, расположенных на торцах камеры сепарации и разнесенных друг от друга, в основном, на 20 мм. Внешние торцевые электроды соединены, соответственно, с внешним и внутренним цилиндрами, а между собой они связаны омическим делителем напряжения, который подобран так, чтобы радиальное распределение потенциала между всеми электродами было логарифмическим Ег{г) = -ЕсД/г (основной рабочий расчетный вариант). На рис. 2 приведено измеренное с помощью эмиссионных зондов по ионной ветви вольт-амперной характеристики логарифмическое (см. уравнение аппроксимирующей кривой) распределение потенциала по радиусу. Изменяя омический делитель, можно устанавливать ~ другой закон изменения радиального электрического поля.

Рис. 2. Распределение плазменного потенциала в ПОМС-Е-3: потенциал внутреннего электрода равен -100 В

Концентрация плазмы в разлетающемся потоке в области сепарации не превышала на радиусе /? = 90 мм величины п = 1015 м-3. Температура электронов Те, рассчитанная вблизи плавающего потенциала по вольт-амперным характеристикам ленгмюровских плоских зондов, ориентированных вдоль потока плазмы, составляет 20-27 эВ.

Таким образом, выполняются все требования к макроскопическим электромагнитным полям масс-сепаратора ПОМС-Е. Несмотря на это заметного разделения трехкомпонентной ионной смеси получить не удалось [1]. Пики интенсивности токовых сигналов от ионов азота (М^, аргона (М0) и криптона (М2) перекрывались друг с другом при их регистрации на различных фиксированных радиусах в сепарирующем объеме при изменении величины радиального электрического поля; кроме того величина электрического поля, соответствующая регистрации максимального уровня сигнала, оказалась ниже расчетной. Измерения проводились широкоапертурным энергоанализатором с задерживающим потенциалом как при фиксированном напряжении на анализирующей сетке (фиксированной энергии ионов), так и при измерении распределения ионов по энергии.

Причиной перемешивания названо [1] невыполнение в ПОМС-Е-3 на данном этапе условия бесстолкновительности как относительно парных, так и коллективных взаимодействий на всем пути движения ионов: в азимутаторе и сепарирующем объеме. Для функции распределения ионов по энергии выполнение данного условия означает ее неизменность на пути между выходом плазменного ускорителя и приемниками разделенных ионов.

Радвус, мм

Классические столкновения ионов в ПОМС-Е-3 могут происходить с нейтралами рабочего газа. Допустимое число нейтралов определяется из условия однократности столкновений в результате рассеяния (сечение ар) и резонансной перезарядки (a¡0): пдоп = l/(oL), где а— суммарное сечение взаимодействия. В ПОМС-Е-3 таких столкновений не будет, если число нейтралов не превышает 4-1018 м-3, что соответствует давлению газа около 10" 4 торр.

При распространении плазменного потока из ПУ в сепарирующем объеме возможно образование вторичной плазмы. Частота столкновений электронов с атомами с ионизацией i>е0 = 5.9-109Р, с'1 (Р в торр); время между столкновениями тео = Чиео- Границей по столкновениям с ионизацией является и здесь давление Р ~ 1СГ4 торр, при котором, если энергия электронов равна 16 эВ и длина сепарирующего объема L = 80 см, однократные столкновения будут происходить. Таким образом, следуя приведенным оценкам, получается условие на нижнюю границу по давлению остаточного газа в сепарирующем объеме Р < КГ4 торр, которое определяет производительность вакуумной системы.

Измерение функций распределения ионов по энергии при давлениях азота P¡ = 7,2-КГ* торр и Р2 = 2-1 (Г* торр (минимально возможное на период выполнения работы [1]) показало, что торможение пучка ионов при меньшем давлении существенно слабее, чем при «высоком». Данный результат укрепил надежду на успех метода плазмооптического разделения многокомпонентных смесей элементов при выполнении вышеприведенных требований к плазменному ускорителю и вакуумной системе ПОМС-Е-3.

Вторая глава посвящена оценке степени влияния конечной толщины азимутатора и величины продольного магнитного поля в сепарирующем объёме на траектории ионов и определению закономерностей формирования потока ионов [2, 3, 8].

Если ионы проходят через кольцевую щель азимутатора шириной А вдоль оси Z и высотой <5 по радиусу и внутри щели есть радиальное магнитное поле Вг(г)= BrR/г, B,f = В. = О, а вне щели В,(г) = 0, то все ионы, вылетающие из азимутатора при Z = А и г = га, если R - 8/2 <ra<R + S/2, приобретают одинаковый азимутальный момент количества движения D = eBRR/±/c = Mr}t(pa, где фа — угловая скорость иона массой А/ на выходе из азимутатора в точке г = ra, е — заряд электрона, с - скорость света. Дальнейшее движение в сепарирующем пространстве иона массой М и единичным зарядом е в правовинтовой системе цилиндрических координат (г, <р, z) вдоль радиального и азимутального направлений (V. = const) описывается следующими уравнениями:

Мг = Мгф2 (2)

г с .. d 2 . erBzr

M — rq> =---f-, (3)

dt Me

Преобразуем данные уравнения, включив в них начальные условия. Уравнение (3) тогда будет иметь вид:

£

Л еВ

, . еВ2 г п г-<р + —-— = 0 Мс 2

Обозначив за а>во=—2- циклотронную частоту в поле В, иона с цен-М„с

тральной массой Мо, из уравнения (4) получим:

£> 1 Ма

9 = —т +---

Мг2 2 М

1 <»«,

(5)

Подстановка ф в уравнение (2) дает уравнение радиального движения

иона:

р Мг2

1

н2 ®»<

М0

Лгг М

О 1 М.

-7 + -(Ув„—2

Л/г2 2 М

(6)

Учитываем, что ион центральной массы А/о, вылетающий из азимутато-ра с нулевой радиальной скоростью и с га = Я, должен сохранить движение вдоль оси 2 по поверхности радиуса /?. Для него правая часть уравнения (6) равна нулю, и, при фиксированных А/0 и Д находим величину напряженности электрического поля Ео на центральной траектории:

Э2 / >

+ (7)

Вг Я , где г = ——«1 Вв Д

■ малый параметр.

Если ввести потенциальную энергию радиального движения, то уравнение (6) можно записать так: г = -—. Радиальное движение иона пред ставок

ляем как движение в потенциальной яме 1/(г), вид которой определяем с учетом условия и (г = га) = 0 следующим образом:

и (г)--

£>2

М2Я2

М г 2\М

М г 21 М

VI

Я2/-2

га

я1

(8)

В приближении нулевой толщины щели азимутатора, когда все га радиусы приемников равны г/0 и г20 и отсутствует продольное магнитное поле (г = 0), потенциальные ямы для ионов одной массы были одинаковыми. При учёте продольного магнитного поля и конечной толщины щели азимута-тора потенциальная энергия радиального движения иона зависит от е и га, а положение точек отражения п(га,е) и г2(га,е) являются функциями га и е. Для ПОМС-Е-3 с М2 (азот) < М0 (аргон) < М1 (криптон) радиусы цилиндрических приемников разделенных ионов будем определять следующим образом:

• для М, > М() радиус приемника г^е, у) = тах(га)[г!(га, £•)],

• для М2 < М0 радиус приемника г2(е, у) = тт{га)[г2{га, £•)].

Здесь мы учли, что га = Я(1 + ух), где < х < 1, а у = 8/(2Я) << 1. За меру отличия радиусов цилиндрических приемников для масс М1 и М2 от п0 ~

4,6 см и г2о = 33,9 см (для ПОМС-Е-3 с Я = 9 см) возьмем относительные смещения ф/(е, у) = [г;(е, у)/г,0- 1] и Лр2{е, у) = \г2{с, у)/г20- 7].

Для ПОМС-Е-3 также важно, чтобы при колебаниях в радиальном направлении траектории иона центральной массы не пересекали цилиндрических приемников, т.е. должно быть Г] < го < г2. Здесь мы обозначили за го значения радиусов точек отражения центральной массы при колебаниях в потенциальной яме Щг, Мо, га). В отсутствии радиальной скорости на выходе из азимутатора точки отражения для центральной массы находятся из условия Щг0, Мо, Уа, Е) = 0.

На рис. 3 представлены, полученные численными методами, зависимости от е ширины кольца ионов центральной массы на торцевом приемнике

лРо(е>г)=™ж(.0

--1

и смещения положении приемников тяжелой и лег-

кой масс по радиусу Ар ¡(с, у) и Ар2(е, у) при двух значениях у {5 = 1,5 см -сплошные линии; 8 = 0,75 см - штриховые линии). Из рисунка видно, что наибольшее отличие в положении цилиндрического приемника возникает для самого легкого иона азота (/ = 2). Видно так же, что возмущение траекторий ионов меньше, когда направление продольного магнитного поля совпадает с направлением плазменного потока.

Рис. 3. Изменение положения и ширины приёмников при учёте конечной толщины азимутатора и величины магнитного поля в сепарирующем объёме

Система формирования потока ионов в ПОМС-Е-3 включает собственно плазменный ускоритель, пространство между катодом ускорителя и азимутато-ром и азимутатор. Катод ПУ имеет нулевой потенциал, пространство между катодом ускорителя и азимутатором — эквипотенциальное. Радиальная компонента магнитного поля в системе сделана нарастающей всюду от анода к азиму-татору (= 150 Гс —> 3,5 кГс). В эксперименте измерялись радиальная компонента магнитного поля (датчик Холла), температура электронов и плавающий потенциал (электрические зонды) и распределения ионов по энергии (энергоанализатор с задерживающим потенциалом); продольная компонента поля В2 рассчитывалась.

Энергетические спектры ионов на выходе из системы формирования определяются распределением потенциала в плазменном ускорителе. В промежутке анод-катод ПУ есть Bz-компонента магнитного поля спадающая к катоду. Когда В2 на катоде сравнима с радиальной Вг-компонентой, зоны ионизации и ускорения смещаются к катоду, так как в остальной области между катодом и анодом формируется эквипотенциальный «плазменный столб». Ускорение идет в катодном слое. Рост радиальной компоненты магнитного поля приводит к формированию непрерывного распределения элек-

трического поля между катодом и анодом и смещает спектры в область низких энергий. Зависимость энергии максимума функции распределения от величины отношения продольной компоненты магнитного поля к радиальной приведена на рис. 4. Ток разряда в этом случае отслеживает за изменением разрядного напряжения ир и скоростью подачи в ПУ рабочего газа. Область ионизации «локализуется» в окрестности катода - области максимальной в промежутке анод-катод величины Вг и, соответственно, минимальной дрейфовой азимутальной скорости, что позволяет электронам быстро набирать энергию, превышающую потенциалы ионизации рабочих газов, в поле Е7. В случае еще больших магнитных полей зоны ионизации и ускорения ожидаемо уширяются, как и распределения ионов по энергии.

Рис. 4. Зависимость энергии максимума распределения от величины продольной компоненты магнитного поля (аргон; ир = 1100 В)

В пространстве катод-азимутатор направление магнитного поля строго поперечное (радиальное) относительно направления движения ионов, ларморовский радиус которых много больше характерных размеров системы формирования; электроны - замагниченные. Нарастающее вдоль оси Ъ радиальное магнитное поле приводит к градиентному азимутальному дрейфу электронов и уходу их на стенки под действием центробежной силы. Об этом свидетельствует изменение плавающего потенциала от величины +30 + +40 эВ на входе в промежуток ПУ-азимутатор (частично обеднение электронами происходит уже в ПУ) до величины порядка энергии, соответствующей максимуму ионной функции распределения, когда электронный ток на ленгмюровский зонд на входе в азимутатор отсутствует. Из азимутатора выходит только поток ионов. Рабочее давление плазмообразующего газа в экспериментах [1,8] устанавливалось в сепарирующем пространстве Р < 8-10"5 торр.

Рис. 5. Распределение ионов по энергии: 1 - в ПУ; 2 - во второй камере; 3 -на входе в азимутатор; 4 -на выходе из азимутатора

На рис. 5 приведены спектры ионов по энергии в области ПУ (2-3 мм от катода) + выход азимутатора. Видно, что ионы набирают энергию в ПУ - спектр 2 измерен на расстоянии около 5 мм от выхода из ПУ (общая длина цилиндрического промежутка ПУ-азимутатор составляет 30 мм, внутренний радиус Яен = 78 мм, внешний /?„,„ = 102 мм). Затем в азимута-

ч

\

0 ОД 0,4 0,в 0,8 1 Вг/Вг

% 1

/ 2

/ /

/ 3

\ Т

4

► < 1

112 155 202 248 295 339 334 426 471 519 566 614 657 703 751 Энергия нонов, эВ

торе, по мере обеднения потока плазмы электронами, появляется продольное электрическое поле разделения зарядов, встречное направлению движения ионов, которое подтормаживает ионы - спектры 2 —* 3. В азимутаторе изменение скорости Уг ионов не происходит (спектры 3-4). Узкие в данном варианте выходные щели из ПУ и в азимутаторе приводят к уменьшению интенсивности потока ионов. Релаксации функции распределения как в [1] не наблюдается. В сепарирующем пространстве по показаниям зондов при напряжениях до +300 В электронного тока нет, свечения фоновой плазмы нет.

В третьей главе сообщается об экспериментальных результатах [3, 5] по разделению в области азимутатора трёхкомпонентного потока ионов, влиянию на результат разделения нескомпенсированного положительного пространственного заряда ионного потока и об особенностях внешней компенсации этого заряда. Радиальное электрическое и продольное магнитное поля в сепарирующем объёме при этом отсутствовали.

В ходе эксперимента измерялись функции распределения ионов плазмы по энергии при использовании внешнего источника электронов и без него. В качестве источника электронов использовались электронная плазменная пушка или термоэлектронный источник. Поток из плазменной электронной пушки приводил к росту плотности и температуры электронов вторичной плазмы, что искажало функцию распределения разделяемых ионов: наблюдалась релаксация спектров ионов в сторону низких энергий. Термоэмиссионные («холодные» - не из плазменной пушки) электроны лишь незначительно увеличивали плотность вторичной плазмы и не искажали функцию распределения. Поэтому далее в качестве источников электронов применялись вольфрамовые катоды, на которые, в дополнение к накальному, подавался отрицательный потенциал, не превышающий по амплитуде 10 В.

Рис. 6. Распределение энергии ионов аргона по радиусу: 4-6 - с компенсацией, 1-3 - без компенсации

На рис. 6 приведены функции распределения энергии ионов аргона по радиусу на расстоянии

ъ = 500 мм от выхода азимутатора. Спектры 1-3 - без компенсации, 4-6 - с компенсацией с использованием термоэмиссионного источни-- г = 247 мм, 3, 6 - г = 266 мм.

246 :34 321 360 397 434 473 511 550 580 628 667 706 745 784 823 I Энерпся, эВ

ка; 1,4- радиус наблюдения г = 229 мм, 2, 5 Видно, что в дополнение к центробежной силе, сообщаемой ионам в азимутаторе, на ионы нескомпенсированного потока действует электрическое поле пространственного заряда, сдвигая их в сторону больших радиусов к внешнему цилиндрическому электроду масс-сепаратора.

Работа азимутатора демонстрируется на рис. 7, где, для фиксированного расстояния от азимутатора г = 310 мм, приведены зависимости, отражающие распределение ионов трех газов по радиусу, при двух значениях Вл7 -0.286 Т (а) и 0.385 Т (б). Для построения кривых использовались значения, соответствующие наиболее вероятным энергиям \У1тах. Траектории ионов изменяются в соответствии с набором магнитного момента и азимутальной скорости в азимутаторе. На расстоянии ъ = 500 мм построить траектории для всех ионов нельзя, так как ионы азота уже не доходят до этого места, раньше «сев» на внешний цилиндрический электрод.

Рис. 7. Положение наиболее вероятной энергии (максимума | -с!1/с1\У |) в сепарирующем пространстве ПОМС-Е-3 для ионов криптона (Кг), аргона (Аг) и азота (Ы); I -коллекторный ток ЭЗП

Результаты аналитического расчёта положения ионов аргона с наиболее вероятной энергией в сепарирующем пространстве на расстоянии г - 310 мм для разной степени компенсации приведены на рис. 8. Расчёт проводился для режима полной (линия 1), частичной (2) и без компенсации (3). Ромбиками показаны экспериментальные точки с внешней компенсацией, точками - эксперимент без компенсации.

Рис. 8. Положение ионов аргона с наиболее вероятной энергией в сепарирующем пространстве ПОМС-Е-3

Энергия, эВ

Однако результаты экспериментов с компенсацией (ромбики на фиг. 8) не совпадают с расчетом для случая полной компенсации = 0— кривая 1 на фиг. 8), но достаточно хорошо повторяют расчеты для случая неполной компенсации с / = 0.114. Расхождение со случаем полной компенсации здесь может быть из-за недостаточной величины тока электронов компенсации. С другой стороны, его можно объяснить наличием дополнительного радиального электрического поля Ег1, имеющего другую природу (не из-за разделения зарядов). Оценка дает Ег, <0.4 В/м {Ег] »0 на г - 9 см; Ег -0.4 В/м на г = 30 см). Такое поле может быть обусловлено, например, градиентом электронного давления, которым пренебрегалось в настоящем теоретическом рассмотрении.

R, мм

.2 Ч3 \ «S.

•

В четвертой главе рассмотрены разработанный аппаратно-программный комплекс регистрации и обработки сигнала энергоанализатора с задерживающим потенциалом и особенности регистрации энергетического спектра потока ионов плазмы, имеющей ненулевой положительный потенциал, в присутствии фоновой плазмы [3, 4, 6, 7, 9, 10].

Аппаратно-программный комплекс обеспечивает регистрацию кривой задержки энергоанализатора с её автоматической «очисткой» как от положительных, так и отрицательных всплесков ионного и электронного токов, не имеющих отношения непосредственно к процессу масс-сепарации. Отклонение от монотонного хода кривой задержки (уменьшение амплитуды ионного тока с ростом анализирующего напряжения), характерного для энергоанализатора с задерживающим потенциалом, вызывается электрическими пробоями в области формирования (в ПУ) и распространения потока плазмы в сепарирующем пространстве масс-анализатора.

Структурная схема комплекса показана на рис. 9.

(ПК), аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей, регулируемого модифицированного источника высокого (0^4 кВ) напряжения типа БНВ-30. Модель ПК - N1 РХ1е-8115; АЦП и ЦАП объединены в комплексном приборе N1 PXIe-6361. Коммуникации между ПК и АЦП/ЦАП осуществляются по интерфейсу PXI в шасси N1 PXIe-1078. Вторичная эмиссия с коллектора ЭЗП подавляется подачей на него положительного (до 40 В) смещения.

Основные характеристики элементов комплекса:

• ПК N1 PXIe-8115: процессор: Intel Core i5-2510E 2.5 ГГц; ОЗУ: 2ГБ; ОС MS Windows 7x86;

• АЦП N1 PXIe-6361: количество каналов: 16 несимметричных или 8 дифференциальных; разрядность: 16 бит; диапазон входного напряжения: от ±0.1 В до ±10 В; частота дискретизации: 2 МГц в одноканальном режиме, 1 МГц - в многоканальном;

• ЦАП N1 PXIe-6361: количество каналов: 2; разрядность: 16 бит; диапазон выходного напряжения: ±5 В, ±10 В; частота вывода: 2.86 МГц;

• источник высокого напряжения БНВ-30: диапазон выходного напряжения: от 0 до 4000 В; диапазон выходного тока: от 0 до 3 мА; пульсации выходного напряжения: не более 20 мВ; тип внешнего управления: постоянное напряжение, Uynp/UBbIX = 1/558.

Программное обеспечение реализует следующие функции:

• управление задерживающим потенциалом;

• измерение тока коллектора;

• построение кривой задержки (графика ток-напряжение);

• исключение помех;

• вычисление в нужном задаваемом диапазоне энергий производной dl/dU',

• построение спектра ионов по энергии dl/dE = -dl/dU;

• редактирование распределения dl/dE = -dl/dU - аппроксимация полиномами до 25 степени;

• сохранение результатов в графическом и текстовом форматах.

Функции программных методов снижения наводок оператор может активировать с помощью соответствующих элементов пользовательского интерфейса. Из кривой задержки вначале устраняют пробои — переполюсовка тока коллектора ЭЗП (электронный ток). Критерием того, что это «пробой» является величина отрицательной производной dl/dU, граничное («Устранять / Не устранять») значение которой экспериментатор устанавливает, исходя из опытных данных для исследуемого процесса. Функция устранения роста исключает из кривой задержки точку, если значение тока в ней больше, чем измеренное на предыдущем напряжении задерживающей сетки. В выходном массиве исключённые элементы кривой задержки заполняются методом линейной аппроксимации.

Программное обеспечение комплекса, выполненное в среде графического программирования Lab VIEW 2013, имеет три основных режима:

«Измерение» - регистрация кривой задержки (параметры измерения: «Диапазон напряжений» 0 до 2000 В с шагом 10 В, «Шаг по напряжению задерживающей сетке энергоанализатора», «Длительность ступени», «Усреднение», «Неравномерный проход по напряжению»); «Сохранение» - сохранение результатов измерений и режим

«Простой», в котором осуществляется ввод параметров измерения и сохранения, измерение и вывод текущего значения тока коллектора, что позволяет оценить наличие и величину потока плазмы при данном пространственном положении энергоанализатора и / или режиме работы плазменного ускорителя, и потенциала на задерживающей сетке анализатора, графическое представление результата измерений и их редактирование.

В процессе первичной обработки массив с измеренными значениями тока и напряжения сортируется по напряжению. Вычисляется дискретная производная dl/dU. Строятся функции распределения ионов по энергии для каждого из массивов. Спектры могут быть сглажены и обрезаны по энергии с помощью соответствующих элементов пользовательского интерфейса.

С применением комплекса было проведено несколько серий экспериментов по определению пространственного (по радиусу г установки и расстоянию z от азимутатора сепаратора) распределения ионов по энергиям в потоке плазмы на плазмооптическом трехкомпонентном масс-сепараторе. Измерения проводились с использованием плазмообразующих газов азота, аргона, крип-

тона - «чистых» и двухкомионентных смесей. Пример полученных графических файлов при наличии пробоя показан на рис. 10 (здесь и далее продольного магнитного и радиального электрического полей в сепарирующем пространстве нет). На рис. 11 приведены «помехозащищенная» кривая задержки и распределение ионов по энергии, соответствующие рис. 12.

250 350 450 550 Задерживающий потенциал, В

Рис. 10. Кривая задержки (а) и распределение ионов по энергии (б) без автоматической «защиты от помех» и редактирования: аргон; разрядное напряжение ПУ 900 В; шаг по напряжению 5 В; длительность ступени 20 мс; усреднение -10 значений на ступень

б

50 150 2 0 э 350 нершя 4 эВ 0 5 0 6 0

N

250 350 450 550 Задерживающий потенциал, В

Рис. И. Кривая задержки (а) и распределение ионов по энергии (б) с автоматической «защитой от помех»: режим соответствует рис. 10

В случае, когда в эксперименте исследователей интересуют усредненные (стационарные) параметры, полезной оказывается аппроксимация полученных кривых задержки, по которым затем строятся энергетические распределения. На рис. 12 продемонстрирован эффект пространственного разделения ионов аргона и криптона в ПОМС-Е-3, выявленный с помощью описываемой системы регистрации в режиме аппроксимации кривых задержки полиномами одиннадцатого порядка.

Л*

350 450 Энергия, эВ

3 0.2 <

№

£

I

400 500 Энергия, эВ

Рис. 12. Спектры ионов криптона (а) и аргона (б) по энергии: г = 210 мм, г = 310 мм, поле в азиму-таторе В = 3860 Гс

Во время экспериментов по измерению энергетического спектра потока ионов в сепарирующем пространстве ПОМС-Е-3 в большинстве случаев на кривой задержки, наряду с ожидаемой формой сигнала, присутствовал резкий (до нескольких раз) спад ионного тока в районе энергий порядка 50 эВ. Величина спада зависела от полного ионного тока и положения анализатора по радиусу, однако, расположение его по энергии оставалось практически неизменным, что является нехарактерным как для работы плазменного ускорителя, так и для условий эксперимента. На рис. 13 приведены кривые задержки и построенные по ним энергетические спектры для такого режима.

Рис. 13. Кривые задержки (а) и соответствующие им энергетические спектры ионов (б); 1 - г = 304 мм,

2 - г = 286 мм, 3 - г = 176 мм; г = 310 мм; аргон; ИАС = 900 В; ВА2 = 0.286 Т

Потенциал анализирующей сетки, В

Данные наблюдения и уже описанные особенности формирования потока ионов в ПОМС-Е-3 позволяют сделать вывод о природе такого поведения сигнала.

В вакуумном объёме всегда присутствует остаточный газ, который может быть ионизован УФ излучением плазмы и/или электронами в процессе ударной ионизации. Поэтому, помимо основного, высоко-энергетичного потока ионов, образуется вторичная плазма, средняя энергия ионов которой составляет несколько эВ. Эти ионы ускоряются потенциалом плазмы, так как она в ПОМС-Е-3 обеднена электронами и имеет положительный потенциал. В результате, образуется практически моноэнергетичный поток ионов, равномерно распределённый по всем направлениям. Поэтому, для исключения погрешности в области энергий, меньших, чем потенциал потоковой редкой плазмы, классический способ измерения энергетического спектра ионов с использованием

Энергия ионов, эВ

анализатора с задерживающим потенциалом необходимо корректировать - -осуществлять отделение потока основной плазмы от потока фоновой плазмы и убирать доускорение ионов основного потока. Мы делали это, подавая на разделительную сетку анализатора положительный потенциал, превышающий по величине величиной потенциал плазмы.

Рис. 14. Uc2 = +70 В; а - кривые задержки RFA; б - соответствующие энергетические спектры ионов; 1 - г = 304 мм, 2 -г = 247 мм, 3 - г = 210 мм, 4 - г = 193 мм, 5 - г = 176 мм, 6 - г = 158 мм; г = 310 мм; аргон; илс = 900 V; Вл2 = 0.286 Т

На рис. 14 показаны измеренные кривые задержки и соответствующие энергетические спектры ионов для случаев, когда на разделительную сетку подавался положительный потенциал +70 В.

Отделения потока электронов в случае положительного потенциала на разделительной сетке делать нет необходимости, так как их разделение с ионами происходит в поле плазменного потенциала вне анализатора. На данный способ подана заявка на изобретение (Бардаков В.М., Иванов С.Д., Казанцев A.B., Строкин H.A. Способ измерения энергетического спектра ионов // Заявка №RU 2014136939, МПК H01J 49/48; заявл. 11.09.2014) и 14.09.2015 получено решение о выдаче патента [7].

В заключении

изложены основные выводы, следующие из полученных результатов. При исследовании характерных особенностей формирования, разделения и диагностики потока ионов в процессе плазмооптической масс-сепарации на экспериментальной установке ПОМС-Е-3:

1) определена степень влияния конечной толщины азимутатора и величины продольного магнитного поля в сепарирующем объёме ПОМС-Е-3 на траектории ионов;

2) выявлены основные закономерности формирования потока ионов на промежутке плазменный ускоритель - азимутатор;

3) изучено влияние пространственного заряда потока ионов на процесс разделения; при проведении экспериментальных исследований найдены режимы с полной компенсацией пространственного заряда;

4) создана помехозащищённая система регистрации для работы с энергоанализатором с задерживающим потенциалом;

5) предложен способ исключения влияния фоновой плазмы на измерения энергетического спектра ионов плазменного потока с помощью энергоанализатора с задерживающим потенциалом.

Список публикаций по теме диссертационной работы В изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Бардаков В.М., Иванов С.Д., Казанцев A.B., Строкин H.A. Плазмоопти-ческий масс-сепаратор для разделения веществ сложного состава. Обзор // Вестник ИрГТУ, 2014. - №3. - С. 128-135.

2. Бардаков В.М., Иванов С.Д., Казанцев A.B., Строкин H.A. К вопросу о реализации плазмооптической масс-сепарации // Прикладная физика, 2014. -№1. - С. 12-16.

3. Бардаков В.М., Иванов С.Д., Казанцев A.B., Строкин H.A.. Помехоза-щищенный аппаратно-программный комплекс сбора и первичной обработки информации в экспериментах по плазмооптической масс-сепарации // Приборы и техника эксперимента, 2015. - №3. - С. 48-52.

4. Bardakov, V.M. Peculiarities of measuring ion energy distribution in plasma with a retarding field analyzer / V.M. Bardakov, S.D. Ivanov, A.V. Kazantsev, N.A. Strokin // Review of Scientific Instruments, 2015. - V. 86. - 053501. doi: 10.1063/1.4920998.

5. Bardakov, V.M. Results of the Main Phase of Ion Separation in the Process of Plasma-Optical Mass Separation / V.M. Bardakov, S.D. Ivanov, A.V. Kazantsev, N.A. Strokin // Plasma Science and Technology, 2015. - V. 17. - No. 10. - P. 862-868.doi:10.1088/l 009-0630/17/10/09

6. Казанцев A.B., Строкин H.A. Программный модуль регистрации и предварительной обработки сигнала энергоанализатора с задерживающим потенциалом // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №RU 2015611168. Опубл. 20.02.2015.

В научных рецензируемых изданиях и сборниках трудов:

7. Заявка №RU 2014136939, дата подачи: 11.09.2015 [электронный ресурс] // Федеральное государственное бюджетное учреждение Федеральный институт промышленной собственности [Офиц. сайт]. URL: http://wwwl.fips.ru/fips_servI/fips_servlet?DB=RUPATAP&rn=8474&DocNu mber=2014136939&TypeFile=html (дата обращения: 20.09.2015), режим доступа: свободный.

8. Формирование потока ионов в плазмооптическом масс-сепараторе / В.М. Бардаков, С.Д. Иванов, A.B. Казанцев, H.A. Строкин // XLI Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС г. Звенигород, 10-14 февраля 2014 г. Тезисы докладов. М.: ЗАО НТЦ «ПЛАЗМАИОФАН», 2014. - С. 262.

9. Помехозащищенный аппаратно-программный комплекс сбора и первичной обработки информации в экспериментах по плазмооптической масс-сепарации / A.B. Казанцев // Современные проблемы радиоэлектроники и связи: материалы XIII всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Иркутск: ИрГТУ, 2014. - С. 67-75.

10. Аппаратно-программный комплекс для регистрации и предварительной обработки сигнала энергоанализатора с задерживающим потенциалом / A.B. Казанцев, H.A. Строкин // Инженерные и научные приложения на базе технологий NI NIDays-2014: Сборник трудов XIII международной научно-практической конференции, Москва 19-20 ноября 2014 г. М.: ДМК-пресс, 2014. - С. 300-302.

11. Результаты разделения трёхкомпонентных смесей ионов в процессе плазмооптической масс-сепарации / В.М. Бардаков, С.Д. Иванов, A.B. Казанцев, H.A. Строкин // XLII Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу г. Звенигород, 9-13 февраля 2015 г. Тезисы докладов. М.: ЗАО НТЦ «ПЛАЗМАИОФАН», 2015. -С. 309.

Цитируемая литература

1*. Изотопы: свойства, получение, применение. В 2 т. / под ред. В.Ю. Баранова. Т.1. М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2005. - 600 с

2*. Астраханцев Н.В., Бардаков В.М., Во Ньы Зан, Кичигин Г.Н., Лебедев Н.В., Строкин H.A. Плазмооптические масс-сепараторы отработанного ядерного топлива // Перспективные материалы, 2011. - №10. - С. 80-85. 3*. Бардаков В.М., Во Ньы Зан, Кичигин Г.Н., Строкин H.A. Трехкомпо-нентное плазмоопти-ческое разделение отработанного ядерного топлива // Известия вузов. Ядерная энергетика, 2011. - №2. - С. 3-9. 4*. Жильцов В.А., Кулыгин В.М., Семашко H.H., Сковорода A.A., Смирнов В.П., Тимофеев A.B., Кудрявцев Е.Г., Рачков В.И., Орлов В.В. Применение методов плазменной сепарации элементов к обращению с ядерными материалами // Атомная энергия, 2006. - Т. 101, Вып. 4. - С. 302-306. 5*. Смирнов В.П., Самохин A.A., Ворона H.A., Гавриков A.B. Исследование движения заряженных частиц в различных конфигурациях полей для развития концепции плазменной сепарации отработавшего ядерного топлива // Физика плазмы, 2013. - Т. 39, №6. - С. 523-533.

6*. Строкин H.A., Бардаков В.М., Кичигин Г.Н. Способ плазменного разделения отработанного ядерного топлива и устройство для его осуществления // Патент РФ №2419900. Опубл. 27.05.2010. Бюл. №15.

7*. Строкин Н. А., Астраханцев Н.В., Бардаков В.М., Во Ньы Зан, Кичигин Г.Н., Лебедев Н.В. Способ плазмооптической масс-сепарации и устройство для его осуществления // Патент РФ №2446489. Опубл. 27.03.2012. Бюл. №9. 8*. Строкин Н. А., Бардаков В.М., Во Ньы Зан. Способ панорамной плазменной масс-сепарации и устройство панорамной плазменной масс-сепарации (варианты) // Патент РФ №2469776. Опубл. 20.12.2012. Бюл. №35. 9*. Fetterman A.J., Fisch N.J. The magnetic centrifugal mass filter // Physics of Plasmas, 2011. -V. 18, №9.-094503.

10*. Ohkawa T., Miller R. Band gap ion mass filter // Physics of Plasmas, 2002. -V.9, №12. - P. 5116-5120.

11*. Volosov V.l. Asymmetric centrifugal magnetic confinement device // Plasma Physics Reports, 1997. - V. 23, Issue 9. - P. 751-755.

12*. Yegorov A.M., Yuferov V.B., Shariy S.V., Seroshtanov V.A., Druy O.S., Yegorenkov V.V., Ribas E.V., Khizhnyak S.N., Vinnikov D.V. Preliminary study

of the demo plasma separator // Problems of atomic science and technology, 2009. -№ 1. Series: Plasma Physics (15). - P. 122-124.

13*. Волосов В.И., Деменев В.В., Стешов А.Г., Чуркин И.Н. Структура электрических полей в ловушке с вращающейся плазмой // Прикладная физика, 2000. - № 4. - С. 22-27.

14*. Морозов А.И. Плазменные ускорители / В сб. Плазменные ускорители. Под ред. Л.А. Арцимовича. М.: Машиностроение, 1973. - С. 5-15. 15*. Морозов А.И., Семашко H.H. О сепарации по массам квазинейтральных пучков // Письма в ЖТФ, 2002. - Т. 28, вып. 24. - С. 63-66. 16*. Морозов А.И., Савельев В.В. Осесимметричные плазмооптические масс-сепараторы // Физика плазмы, 2005. - Т. 31, вып. 5. - С. 458—465. 17*. Астраханцев Н.В., Бардаков В.М., Во Ньы Зан, Кичигин Г.Н., Лебедев Н.В., Строкин H.A. Плазмооптическая сепарация и диагностика результатов разделения отработанного ядерного топлива // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения, 2010. -№4. -С. 310-315.

18*. Астраханцев Н.В., Бардаков В.М., Кичигин Г.Н., Лебедев Н.В., Строкин H.A. Способ разделения изотопов и устройство для его осуществления // Патент РФ №2405619. МПКВ0Ю 59/48. Опубл. 10.12.2010. Бюл. №34. 19*. Астраханцев Н.В., Бардаков В.М., Кичигин Г.Н., Лебедев Н.В., Строкин H.A. Способ разделения изотопов и устройство для его осуществления // Патент РФ №2411066. МПК B01D 59/48. Опубл. 10.02.2011. - Бюл. №4. 20*. Бардаков В.М., Кичигин Г.Н., Строкин H.A. Масс-сепарация ионов кольцевого плазменного потока // Письма В ЖТФ, 2010. - Т. 36, вып. 4. - С. 75-80.

21*. Бардаков В.М., Во Ньы Зан, Строкин H.A. Панорамная плазмооптическая масс-сепарация немоноэнергетичных и многозарядных ионов // Известия вузов. Ядерная энергетика, 2012. - №2. - С. 132-142.

22*. Бардаков В.М., Строкин H.A. Особеннности плазмооптической масс-сепарации. Инфраструктура ПОМС-Е-3 // Перспективные материалы, 2013. -№14.-С. 157-164.

Подписано в печать 02.10.2015. Формат 60 х 90 / 16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,75. Тираж 100 экз. Зак. 221. Поз. плана 9н.

Отпечатано в издательстве ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет» 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83