Генерация сильноточных импульсных электронных пучков форвакуумным плазменным источником на основе дугового разряда тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

УДК 537.525.5; 537.533

На правах рукописи

Казаков Андрей Викторович

ГЕНЕРАЦИЯ СИЛЬНОТОЧНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ ФОРВАКУУМНЫМ ПЛАЗМЕННЫМ ИСТОЧНИКОМ НА ОСНОВЕ ДУГОВОГО РАЗРЯДА

01.04.04 - Физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск-2015

005564464

005564464

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Бурдовицин Виктор Алексеевич

Официальные оппоненты: Папериый Виктор Львович,

доктор физико-математических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет» (г. Иркутск), заведующий кафедрой общей и космической физики

Шаркеев Юрий Петрович,

доктор физико-математических наук, профессор, ФГБУН «Институт физики прочности и материаловедения» Сибирского отделения Российской академии наук (г. Томск), заведующий лабораторией физики наноструктур-ных биокомпозитов

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

учреждение науки «Институт электрофизики» Уральского отделения Российской академии наук (г. Екатеринбург)

Защита состоится 23 декабря 2015 г. в 9 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.268.04 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40, ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники по адресу: 634045, г. Томск, ул. Красноармейская, 146, а также на официальном сайте организации (http://www.tusur.ru/ru/science/education/dissertations/2015-024.htnil).

Автореферат разослан «2 / » октября 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Ю.П. Акулиничев

д.т.н., профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Отличительной особенностью источников электронов с плазменным эмиттером является способность сохранять работоспособность в присутствии химически агрессивных сред и при повышенных давлениях рабочего газа. Такая особенность существенно расширяет область применения данных источников в электронно-лучевых технологиях. Необходимость повышения рабочего давления источников электронов привела к созданию, так называемых, форваку-умных плазменных источников. Устройства такого типа обеспечивают генерацию электронных пучков в форвакуумном диапазоне давлений от единиц до десятков Паскалей как в непрерывном, так и в импульсном режимах. Генерация электронных пучков в форвакууме обеспечивает возможность эффективной электроннолучевой обработки различных диэлектрических материалов (керамики и др.) без использования дополнительного оборудования, обеспечивающего снятие заряда с поверхности диэлектрика.

В импульсных источниках электронов с плазменным катодом величина тока электронного пучка определяется главным образом значением тока разряда, который генерирует эмиссионную плазму. Существовавшие до выполнения настоящей работы форвакуумные импульсные плазменные источники электронов были созданы на основе тлеющего разряда с полым катодом. В указанных устройствах эмиссионная плазма достаточно однородна, обладает стабильными параметрами, а также низким уровнем шумов. Однако в тлеющем разряде с полым катодом плотность тока разряда и полный ток ограничены некоторым предельным (пороговым) значением, превышение которого приводит к образованию катодного пятна и переходу разряда в дуговой режим. В этих условиях катодное пятно возникает случайным образом в любой точке поверхности катодной полости, и процесс дугооб-разования резко нарушает однородность плазмы, что, в конечном счете, приводит к пробою ускоряющего промежутка. Кроме того, для выхода на рабочий режим импульсного источника, основанного на тлеющем разряде с полым катодом, необходимо кондиционирование («тренировка») электродов разрядной системы, которое может занимать достаточно длительное время, особенно после разгерметизации вакуумной системы и проведения технических работ. Проблема ограничения предельного тока и длительности его импульса в плазменных источниках электронов, функционирующих в традиционном диапазоне давлений от 10~5 до 1СГ1 Па, решалась заменой тлеющего разряда на дуговой. Для формирования сильноточных импульсных электронных пучков аналогичный переход на дуговой разряд целесообразно использовать и в форвакуумном диапазоне давлений.

Характеристики дугового разряда и особенности его использования в плазменных источниках заряженных частиц достаточно подробно изучены в диапазоне давлений от 1СГ5 до 10"1 Па. При этом установлено, что давление в указанном диапазоне оказывает влияние на параметры дуги. При горении дугового разряда в области более высоких давлений форвакуумного диапазона следует ожидать, что наличие газа может оказать существенное влияние на параметры разряда, а, следовательно, и на эмиссионные характеристики плазмы. Однако использование дугового разряда в форвакуумном диапазоне давлений от единиц до десятков паскалей применительно к плазменным источникам электронов практически не исследовалось. В связи с этим тематика диссертационной работы, направленная на исследо-

вание особенностей функционирования импульсного дугового разряда и эмиссии электронов из дуговой плазмы в широкоапертурном форвакуумном плазменном источнике электронов, представляется актуальной.

Цель работы состояла в проведении комплекса экспериментальных исследований, направленных на изучение особенностей генерации и формирования широкоапертурных импульсных низкоэнергетичных электронных пучков в форвакуумном диапазоне давлений в системе с плазменным эмиттером на основе дугового разряда с катодным пятном.

Основные задачи настоящей работы заключались в определении особенностей зажигания и горения дугового разряда с катодным пятном в форвакуумном плазменном источнике электронов, а также в исследовании эмиссионных свойств дуговой плазмы и процессов формирования широкоапертурных импульсных низкоэнергетичных электронных пучков в форвакуумном диапазоне давлений. В задачи работы также входили исследования возможности использования импульсных низкоэнергетичных пучков, генерируемых в форвакууме, для электроннолучевой модификации поверхностных свойств диэлектрических полимерных материалов.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Выявлены особенности инициирования и формирования дугового разряда с катодным пятном в плазменном источнике электронов, функционирующем в форвакуумном диапазоне давлений. Установлена степень влияния обратного ионного потока, возникающего при подаче используемого для извлечения электронов постоянного высокого напряжения, на зажигание дугового разряда.

2. Определены и изучены режимы (стадии) горения дугового разряда в форвакуумном диапазоне давлений. Установлены факторы, которые оказывают влияние на режимы горения дугового разряда с катодным пятном.

3. Исследованы эмиссионные свойства дуговой плазмы и особенности формирования низкоэнергетичных широкоапертурных импульсных электронных пучков в форвакуумном диапазоне давлений.

4. Изучены процессы импульсной электронно-лучевой модификации диэлектрических полимерных материалов в форвакуумной области давлений.

Научная и практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Решена проблема ограничения амплитуды и длительности импульса тока разряда, формирующего эмиссионную плазму в форвакуумном плазменном источнике электронов, при этом выход на необходимые параметры разряда осуществляется без кондиционирования («тренировки») электродов разрядного промежутка.

2. Создан опытный образец форвакуумного импульсного плазменного источника электронов на основе дугового разряда, который обеспечивает в рабочем диапазоне давлений 3-15 Па генерацию широкоапертурного электронного пучка с током до 170 А, энергией электронов до 15 кэВ, длительностью импульса до 1 мс, полной энергией в импульсе до 600 Дж и частотой следования импульсов до 50 Гц. Неравномерность распределения плотности тока по сечению пучка диаметром 70 мм не превышает 15%, при этом плотность энергии пучка в импульсе достигает 15 Дж/см2. Сжатие пучка обеспечивает повышение плотности энергии до 85 Дж/см2.

3. Показана возможность использования низкоэнергетичных импульсных электронных пучков, генерируемых в форвакуумном диапазоне давлений, для поверхностной обработки диэлектрических полимерных материалов.

4. Выявленные закономерности зажигания, формирования и горения дугового разряда, используемого применительно к форвакуумному плазменному источнику электронов, могут быть использованы в других газоразрядных устройствах на основе дуги, которые функционируют в области рабочих давлений форвакуумного диапазона.

Методы исследования. Для достижения целей работы и решения поставленных задач были использованы следующие экспериментальные методики: осциллография импульсных токов и напряжений; зондовая диагностика параметров плазмы и электронного пучка; оптическая спектрометрия; масс-спектрометрия ионов плазмы; растровая электронная микроскопия; атомно-силовая микроскопия; ИК-спектроскопия; численные оценки и моделирование.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. В форвакуумном плазменном источнике электронов на основе импульсного дугового разряда с катодным пятном повышение давления рабочего газа приводит к снижению напряжения зажигания дугового разряда и уменьшению времени запаздывания зажигания разряда, а также сокращению переднего фронта импульса тока дуги. По сравнению с форвакуумным источником электронов на основе тлеющего разряда с полым катодом для источника на основе катодной дуги влияние обратного ионного потока из ускоряющего промежутка на процессы зажигания дугового разряда, формирующего эмиссионную плазму, проявляется в заметно меньшей степени.

2. В форвакуумном диапазоне давлений в течение импульса тока дуги возможны два режима (стадии) горения дугового разряда. Первая (начальная) стадия разряда наблюдается при относительно высоком давлении (> 10 Па) рабочего газа и малом токе дуги (< 80 А), характеризуется более высоким напряжением горения и заметной долей ионов газа в плазме дугового разряда. При переходе во второй режим напряжение горения дуги снижается, и в разрядной плазме доминируют ионы материала катода. Длительность первой стадии и время перехода ко второй стадии возрастают с повышением давления газа и уменьшением тока дуги.

3. В процессе отбора электронов из плазмы импульсного дугового разряда, функционирующего в форвакуумной области давлений, так же как и для более низких давлений, повышение давления рабочего газа при неизменном токе разряда приводит к увеличению амплитуды импульса тока эмиссии электронов и, соответственно, тока пучка. При транспортировке широкоапертурного электронного пучка, генерируемого форвакуумным плазменным источником, повышение давления рабочего газа, а также увеличение эмиссионного тока, обеспечивают сжатие пучка.

4. Форвакуумный плазменный источник электронов на основе импульсного дугового разряда с катодным пятном обеспечивает в рабочем диапазоне давлений 3-15 Па генерацию широкоапертурного электронного пучка с током до 170 А, энергией электронов до 15 кэВ, длительностью импульса 20-1000 мкс, полной энергией пучка в импульсе до 600 Дж и частотой следования импульсов до 50 Гц. Неравномерность распределения плотности тока по сечению пучка диаметром

70 мм не превышает 15%, при этом плотность энергии пучка в импульсе достигает 15 Дж/см2. Сжатие пучка обеспечивает повышение плотности энергии до 85 Дж/см2. Полученные параметры электронного пучка обеспечивают возможность эффективной электронно-лучевой обработки диэлектрических материалов. Продемонстрирована возможность использования низкоэнергетичных импульсных электронных пучков для поверхностной модификации полимеров в форваку-умном диапазоне давлений.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждаются систематическим характером исследований, использованием различных экспериментальных методик, сопоставлением полученных экспериментальных данных с численными оценками и литературными данными, а также практической реализацией научных положений и выводов при создании и применении импульсного плазменного источника электронов.

Апробация. Результаты работы докладывались и обсуждались на: XI и XII Международных конференциях «Газоразрядная плазма и ее применение» (Томск, 2013 и 2015); International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (Томск, 2014); 26th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum (Мумбаи, Индия, 2014); V Международном Крейнделевском семинаре «Плазменная эмиссионная электроника» (Улан-Удэ, 2015); X, XI и XII Международных конференциях студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2013, 2014 и 2015); Всероссийских научно-технических конференциях «Научная сессия ТУ СУР» (Томск, 2013 и 2014); X Международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления» (Томск, 2014).

Публикации. По результатам исследований по теме диссертации опубликовано 26 работ, из которых 7 статей в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК РФ и реферативные базы данных Web of Science и Scopus, 1 полный текст доклада в индексируемом в базе Scopus сборнике трудов конференции, 9 полных текстов докладов на международных и 6 полных текстов докладов на всероссийских конференциях. По результатам работы получено 2 патента РФ на полезные модели и 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Личный вклад автора состоит в создании экспериментальной установки, выборе методик эксперимента, проведении исследований и анализе их результатов. Обсуждение задач исследований, методов их решения и результатов анализа экспериментальных данных проводилось совместно с соавторами, фамилии которых указаны в работах, опубликованных по теме диссертации. Автором самостоятельно выдвинуты защищаемые научные положения, сделаны выводы и даны рекомендации, на основании которых была модернизирована конструкция форваку-умного импульсного плазменного источника электронов, применяемого для обработки диэлектрических материалов. Соавторы, принимавшие участие в отдельных направлениях исследований, указаны в списке основных публикаций по теме диссертации. Все результаты, составляющие научную новизну диссертации и выносимые на защиту, получены автором лично.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 150 страницах, содержит 100 рисунков и 4 таблицы. Список литературы включает 160 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформулированы цели работы и выносимые на защиту научные положения, указываются научная новизна, научная и практическая ценность работы.

Первая глава «Дуговой разряд в импульсных плазменных источниках электронов» носит обзорный характер и посвящена анализу литературных данных, в которых приведены результаты исследований использования дугового разряда в плазменных источниках заряженных частиц. Рассмотрены способы инициирования дугового разряда, особенности формирования и горения дуги в диапазоне давлений от 10"5 до Ю-1 Па. Рассмотрены конструктивные решения, обеспечивающие формирование развитой эмиссионной поверхности плазмы, которая генерируется дуговым разрядом с катодным пятном. Приведен обзор импульсных плазменных источников на основе дугового разряда, которые обеспечивают генерацию электронных пучков в традиционном диапазоне давлений (10-5—10- Па). Рассмотрены существующие форвакуумные плазменные источники и особенности генерации электронных пучков в форвакуумном диапазоне давлений от единиц до десятков Паскалей, а также применение электронных пучков в форвакууме для обработки диэлектрических керамических материалов. В заключении главы сформулированы основные задачи исследований.

Вторая глава «Инициирование дугового разряда с катодным пятном в разрядной системе форвакуумного импульсного источника электронов» посвящена исследованиям особенностей зажигания и развития дугового разряда с катодным пятном в разрядной ячейке плазменного источника электронов, функционирующего в форвакуумном диапазоне давлений. Представлена конструкция форвакуумного плазменного источника на основе дугового разряда, электродная схема которого изображена на рисунке 1.

Зажигание дугового разряда осуществлялось вспомогательным разрядом по поверхности диэлектрика как в режиме «triggerless», когда поджигающий электрод электрически соединялся через сопротивление с анодом, так и с использованием дополнительного генератора, обеспечивавшего подачу поджигающих импульсов напряжения Г/,- на изолированный поджигающий электрод.

Установлено, что в форвакууме увеличение давления р рабочего газа способствует росту

источника: 1 - катод; 2 - керамический изолятор; 3 - поджигающий электрод; 4 - анод; 5 - высоковольтный изолятор; 6 - фланец вакуумной камеры; 7 — эмиссионный сеточный электрод; 8 - экстрактор; 9 - импульсный блок питания разряда; 10 - источник постоянного ускоряющего напряжения; 11 - генератор поджигающих импульсов

вероятности 7 зажигания дугового разряда и обеспечивает значительное снижение напряжения V-, поджигающего импульса, при котором происходит стабильное (с вероятностью, близкой к 100 %) инициирование дуги (рис. 2). Так при увеличении давления р с 3 до 15 Па напряжение и-, зажигания снижается в 2 раза. Кроме того, величина /7 также возрастает с увеличением длительности г,- поджигающего импульса и сокращением протяженности </,- диэлектрического промежутка.

Также показано, что увеличение давления р обеспечивает сокращение времени запаздывания зажигания дуги, под которым подразумевается промежуток времени между моментом приложения напряжения на электроды и моментом возникновения тока разряда.

Предложена модель, позволяющая объяснить и оценить влияние давления р рабочего газа на инициирование дугового разряда вспомогательным разрядом по поверхности диэлектрика. В модели при пробое по поверхности диэлектрика учитываются процессы ионизации как десорбированных с поверхности диэлектрика частиц, так и частиц рабочего газа. Результаты моделирования удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. Показано, что в форвакууме концентрация частиц рабочего газа сравнима с концентрацией газовых частиц, десорбированных с поверхности диэлектрика в процессе развития пробоя, в результате чего давление р газа оказывает влияние на зажигание разряда.

0.5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3.5

£/., кВ

Рисунок 2 - Зависимость вероятности »/ инициирования дугового разряда от амплитуды напряжения ¿7/ поджигающего импульса (Керамика с </,• = 0,9 мм; г,- = 30 мкс). Рабочий газ - воздух

1/й,кВ

Рисунок 3 - Зависимость приведенной величины напряжения (/,- Шю от ускоряющего напряжения С'„ ((/,0 - напряжение зажигания при 11а = 0). Рабочий газ - воздух

Подача на ускоряющий промежуток форвакуумного плазменного источника высокого напряжения иа, используемого для извлечения электронов, обеспечивает снижение напряжения £/,- зажигания дугового разряда, при этом данный эффект сильнее проявляется с ростом давления р (рис. 3). Наблюдаемое снижение напряжения 11-, зажигания, по-видимому, обусловлено влиянием обратного ионного потока, который формируется «паразитным» высоковольтным тлеющим разрядом (ВТР), возникающим в ускоряющем промежутке источника. В то же время при подаче на ускоряющий промежуток напряжения IIа в условиях эксперимента напряжение V-, зажигания дуги снижалось не более чем на 20 %, что значительно меньше, чем для форвакуумных источников на основе тлеющего разряда с полым

10

□ _п= 1 (Г Па

а^о р = 3 Па в—^о

5 10 15 20 25 30 35

Рисунок 4 - Зависимость длительности ту переднего фронта тока от амплитуды тока Ь разряда. Рабочий газ - воздух

катодом, для которых при варьировании параметрами в том же диапазоне напряжение U-, зажигания разряда снижается в 2-3 раза.

Показано, что переход в форваку-умный диапазон давлений обеспечивает значительное сокращение (практически в 2 раза) длительности г/ переднего фронта импульса тока дуги (рис. 4), что, как и в области давлений р = 10~3-10"2 Па, обусловлено ионизацией рабочего газа в разрядном промежутке электронами, которые эмитируются с границы расширяющегося катодного факела.

Третья глава «Функционирование дугового разряда с катодным пятном в форвакуумном плазменном источнике электронов» посвящена исследованиям особенностей горения дугового разряда с катодным пятном в разрядной ячейке форвакуумного плазменного источника. Установлено, что при функционировании дугового разряда с катодным пятном в форвакуумном диапазоне давлений в течение импульса тока дуги отчетливо проявляются два режима (стадии) горения разряда (рис. 5). Первая (начальная) стадия характеризуется более высоким напряжением U<12 горения дуги, а переход ко второй стадии сопровождается заметным падением напряжения горения (U^)- Длительность г, первой стадии разряда и момент г2 перехода ко второй стадии зависят от давления р рабочего газа и тока /,/ разряда. Увеличение давления р приводит к возрастанию времен г, и т2 (рис. 6,a), a увеличение тока Id дуги - напротив, способствует уменьшению этих времен (рис. 6,6). При этом длительность Аг (Дг = г2-Т/) перехода между стадиями заметно увеличивается с ростом давления р рабочего газа, а при увеличении тока li разряда - Дт слабо уменьшается по мере роста тока. Регулировкой параметров можно исключить переход между стадиями и реализовать функционирование дугового разряда только в одном режиме. В обоих режимах горения дугового разряда напряжения Uji и Uj2 слабо увеличиваются с ростом тока Id дуги.

Для исследования параметров плазмы дугового разряда, функционирующего в форвакуумном диапазоне давлений, использовались оптическая («Ocean Optics - 2000USB») и масс-зарядовая («RGA-ЮО») спектрометрии. При малом форвакуумном давлении

(р < 10 Па), когда реализуется только 0 100 2оо зоо 400 500 600

режим с низким напряжением Ud2 горе- . мкс

, Рисунок 5 - Типичные осциллограммы ния дуги (стадия 2), в оптическом 1 .

импульсов тока Ь и напряжения иЛ го-спектре излучения плазмы доминируют J г ' „

v „ рения дугового разряда при р — 30 Па.

линии, соответствующие нейтральным „ _

J Рабочии газ - воздух

атомам материала катода, а также наблюдается несколько групп спектральных линий, соответствующих ионам материала катода (рис. 7,а). Для другого крайнего случая, при функционировании в условиях высокого давления (р > 20 Па) и реализации режима только с относительно большим напряжением и<ц горения дуги (стадия 1), в спектре доминируют линии нейтральных атомов и молекул рабочего газа, исчезает часть линий ионов материала катода, и появляются спектральные линии, соответствующие ионам напускаемого рабочего газа (рис. 1,6).

и 700 ---1---1-1-1---1--- о о 450 К

2 400

ьг 600

500 350

Г /

о/ 300

400 250

300 ____' ■

200 200 150

100 а

—I—1—■—1—■—1___■ _ 1 100

ТО 20 30 40 50 60 70

р, Па

Рисунок 6 - Зависимости времен т, и т2 от давления р рабочего газа при токе 1а = 30 А (а) и от тока 1Л разряда при давлении р = 30 Па (б). Рабочий газ - воздух

Доминирование линий нейтральных атомов и молекул в оптическом спектре излучения плазмы дугового разряда усложняет анализ ионного состава плазмы, в связи с этим для исследования влияния давления р рабочего газа и амплитуды тока /,/ дуги на состав разрядной плазмы была использована масс-спектрометрия на основе модернизированного квадрупольного анализатора «ЯОЛ-ЮО». Исследования ионного состава плазмы дугового разряда показали, что при мини- Я1-0" мальном форвакуумном давлении (р = 2,5-3 Па) в плазме преобладают ионы материала катода, а остаточная атмосфера представлена однократно ионизованными газовыми ионами Н20+ и И2+. Напуск в вакуумную камеру аргона (Аг) или гелия (Не) приводит к появлению в масс-спектре соответствующих газовых пиков (рис. 8), при этом по мере увеличения давления р наблюдается рост доли ионов напускаемого газа (рис. 9,а), что, в конечном счете, при малом токе /,/ дуги приводит к доминированию газовых ионов в масс-спектре разрядной плазмы. Так при Л/ < 80 А и давлениях р более 20 Па спектрометром всегда фиксировалось доминирование газовых ионов.

500 600

700

800 X, нм

Рисунок 7 - Оптический спектр излучения плазмы дугового разряда: а-р = 4 Па и /¿= 60 А; б-р = 50 Па и 1Л = 60 А. Рабочий газ: Аг + остаточная атмосфера 10

В отличие от диапазона более низких давлений (р = 10-2—10-1 Па), в форвакууме во всем исследованном диапазоне давлений генерация газовых ионов происходила без наложения магнитного поля. При прочих равных условиях (р = const) увеличение разрядного тока Ij приводит к пропорциональному росту доли ионов материала катода в дуговой плазме (рис. 9,6).

Во всем исследованном диапазоне давлений (2,5-50 Па) регистрировались только однозарядные ионы как газов (N2+, Н20+, Аг+, Не+), так и металла (63Си+ и 65Си+) при использовании медного катода. При использовании в

<ц

£ 0,8 о

«0,6 0,4 0,2 0

63^ +

н,о+ ^

Си

10

20 30

40

50 60 70 МЦ2, а.е.м. Рисунок 8 - Типичный масс-зарядовый спектр ионов плазмы дугового разряда: Медный катод; р = 12,5 Па; /</ = 75 А; Рабочий газ - аргон

качестве материала катода магния в масс-зарядовом спектре разрядной плазмы регистрировалось небольшое количество двукратно ионизованных ионов 24Mg2", однако доля этих ионов резко снижается по мере роста давления р, в результате чего ионы 241У^2+ перестают наблюдаться уже при давлении р = 10 Па. Отсутствие в масс-зарядовом спектре двукратно ионизованных ионов меди вероятно связано с тем, что второй потенциал ионизации меди (20,29 эВ) заметно выше, чем у магния (15,03 эВ). Стоит также отметить, что для металлов регистрировались все стабильные изотопы (медь: 63Си+ и 65Си+; магний: 241^+, 25М§+ и ~6М§+), а их процентное соотношение близко к распространенности изотопов в природе.

Et 1,0 ■ ■ ■ ■ ч1,0

u □ a о

1 0,8 ■ н 0,8

«0,6 о - Cu + Cu . «0,6

Л_ Ar

0,4 R o-N* 0,4

H,0+

0,2 0,2

—__ B"4— П -□ 0

0 -о-- li - -О

100 120 140 160 А

3 6 9 12 15 18 21 24 27 20 р, Па

Рисунок 9 - Зависимость долевого соотношения ионов в плазме от давления р рабочего газа при ^ = 30 А (о) и от тока 1Л разряда при р = 12 Па (б)

Согласно литературным данным в диапазоне давлений р = 1 0~2-10-1 Па увеличение частоты V следования импульсов тока дуги приводит к уменьшению доли газовых ионов в плазме, что объясняется более интенсивной десорбцией газа с поверхности катода. Однако, как показали эксперименты, в форвакууме варьирование частотой следования импульсов тока дуги в диапазоне V = 0,2-25 Гц практически не влияло ни на времена т/ и т2, ни на состав плазмы дугового разряда.

Проведенные исследования рабочей поверхности катода показали, что при реализации первого режима с большим напряжением (/¡и горения дуги автограф

V'8

оо

"о 1,5 «1,2 0,9 0.6 0,3

-45 -30 -15

0

Г, мм

15 30 45

9,0 а 7,5

6,0 2,

' и»

4,5 3,0 1,5 0

Рисунок 10 - Радиальные распределения концентрации п плазмы при токе разряда = 60 А на расстояниях А от катода: 1 - 40 мм; 2-10 мм. Рабочий газ — воздух

катодного пятна занимает значительную площадь катода, в то время как во втором режиме с низким напряжением Илг след от катодного пятна занимает значительно меньшую площадь и имеет большую глубину по сравнению с первым режимом. Вероятная причина такого различия состоит в образовании загрязняющей пленки в период между импульсами при больших давлениях р и малых токах 1,1 разряда.

Выполненные исследования позволяют заключить, что наблюдаемый в течение импульса тока дуги переход из одного режима горения

дугового разряда в другой, по-видимому, связан с процессами генерации газовых ионов в разрядном промежутке источника и с трансформацией катодных пятен 1 -го рода в пятна 2-го рода. В то же время сравнительно большая величина напряжения и л горения дуги на начальной стадии горения разряда, когда десорбция газа с поверхности катода существенна, не согласуется с литературными данными, указывающими, что для пятен первого рода характерно более низкое напряжение горения. Более детальное изучение этого вопроса привело к заключению о том, что величина и знак изменения напряжения при переходе от одного режима горения дуги к другому, связаны с условиями эксперимента, главным образом с геометрией разрядного промежутка и параметрами разряда.

Показано, что в форвакуумном диапазоне давлений основным источником заряженных частиц, так же как в области низких давлений (I О-5—10-1 Па), является катодное пятно. Однако в области отбора электронов на значительном удалении от катодного пятна (// = 40 мм) рост давления р рабочего газа приводит к заметному увеличению плотности эмиссионной плазмы (рис. 10). Наблюдаемое при увеличении давления р возрастание концентрации п плазмы в области отбора электронов (А = 40 мм), по-видимому, обусловлено эффективной ионизацией рабочего газа, концентрация частиц которого в форвакууме на порядки выше, чем в традиционных системах. Факт ионизации рабочего газа подтверждается спектральными исследованиями ионного состава плазмы дугового разряда. По мере увеличения разрядного тока влияние давления р рабочего газа на плотность эмиссионной плазмы снижается.

Четвертая глава «Генерация широкоапертурных импульсных низкоэнер-гетичных электронных пучков в дуговом форвакуумном плазменном источнике» посвящена исследованиям генерации и формирования импульсных электронных пучков в форвакуумном диапазоне давлений в системе с плазменным эмиттером на основе дугового разряда с катодным пятном. Представлены изменения, которые были внесены в конфигурацию источника для проведения экспериментов по исследованию эмиссии электронов из плазмы дугового разряда (рис. 11).

Показано, что в форвакууме, как и в области более низких давлений (р = КГ5-КГ1 Па), установка дополнительного перераспределяющего электрода обеспечивает формирование равномерной, с неоднородностью менее 15 %, эмиссионной плазмы (А = 40 мм). Установлено, что при используемой геометрии разрядного промежутка для форвакуумного источника электронов на основе дугового разряда оптимальным решением является использование сферического металлического электрода диаметром 12 мм, располагающегося на расстоянии 10 мм от рабочей поверхности катода и подключенного к аноду через ограничительное сопротивление Ят >100 Ом. Однако при использовании перераспределяющего электрода, как и для более низких рабочих давлений, заметно снижаются абсолютные значения концентрации п плазмы в области отбора электронов, что при низком форвакуумном давлении (р < 5 Па) приводит к заметному (20-30 %) снижению токов 1е эмиссии и. соответственно, 1ь пучка.

Поиск решения данной проблемы показал, что ограничение тока, протекающего через полую часть анода, балластным сопротивлением /?„ > 30 Ом позволяет увеличить абсолютные значения концентрации п эмиссионной плазмы, в результате чего даже при низком форвакуумном давлении р = 3 Па ток 1ь пучка достигает 50-60 % от тока разряда (рис. 12). При этом для модернизированной конфигурации (рис. 11) при давлениях р = 3-5 Па ток /» пучка существенно выше, чем для исходной конфигурации (рис. 1) источника.

На рисунке 13 представлены типичные осциллограммы токов /,/ разряда, 1е эмиссии и 1ь пучка. Осциллограммы токов имеют практически прямоугольную форму импульса, что свидетельствует о стабильной эмиссии из плазмы дугового разряда. Ток пучка всегда немного меньше тока 1е эмиссии, что связано с потерями на ускоряющем электроде (экстракторе). Зависимость тока I/, пучка от ускоряющего напряжения 11а или ВАХ плазменного источника электронов на основе

Рисунок 11 - Электродная схема плазменного источника и схема измерений: 1 - катод; 2 - изолятор; 3 - поджигающий электрод; 4 - полая часть анода; 5 — изолятор; 6 - плоская часть анода; 7 - перераспределяющий электрод; 8 - изолятор; 9 - фланец вакуумной камеры; 10 - эмиссионный сеточный электрод; 11 - экстрактор; 12 - импульсный блок питания разряда; 13 - источник постоянного ускоряющего напряжения; 14 - электронный пучок; 15 - цилиндр Фарадея; 16 - плоский зонд с экраном; 17 - одиночный зонд с экраном

дугового разряда (рис. 12), функционирующего в форвакуумном диапазоне давлений, имеет «классический» вид, характерный для электронных источников с плазменным эмиттером.

Экспериментально установлено, что в режиме насыщения (Ua > 3—4 кВ) при неизменном токе дугового разряда (Id — const) увеличение давления р рабочего газа приводит к росту тока 1е эмиссии и, соответственно, тока 1ь электронного пучка (рис. 14). При этом увеличение давления р не приводит к значительным изменениям вида осциллограмм токов и характера ВАХ плазменного источника электронов. Стоит отметить, что для конфигурации с ограничением тока на полую часть анода, вследствие перераспределения разрядного тока, влияние давления р выражено слабее, чем для исходной конфигурации. Так, для конфигурации только с перераспределяющим электродом (Ra = 0) при ld = 40 А увеличение давления р с 3 до 10 Па приводит к росту тока пучка с 12 до 32 А, тогда как с Ra = 30 Ом - ток 1Ь пучка увеличивается с 24 до 32 А. Также установлено, что рост давления р способствует увеличению скорости dliJdt нарастания переднего фронта импульса тока 1ь пучка.

< 33J-.....','_ „„' . г—' ' 7148,

' 44 >

27 ■

8 9 К) Ц, > кВ

Рисунок 12 - ВАХ плазменного источника электронов на основе дугового разряда при = 20 А и р = 3 Па: 1 - без перераспределяющего электрода; 2-е перераспределяющим электродом (й„ = 0); 3 - с перераспределяющим электродом и ограничением тока на полую часть анода (/?„ = 30 Ом)

Рисунок 13 - Типичные осциллограммы импульсов токов 1а разряда, 1е эмиссии и ¡ь пучка для конфигурации с перераспределяющим электродом и ограничением тока на полую часть анода (Д„ = 30 Ом); р = 3 Па

9 ю р. Па

Рисунок 14 - Зависимость амплитуды тока 1ь пучка от давления р для конфигурации источника с перераспределяющим электродом и ограничением тока на полую часть анода (Я„ = 30 Ом) при IIа = 8 кВ. Рабочий газ - воздух

Наблюдаемое в форвакууме увеличение токов 1е эмиссии и If, пучка при росте давления р рабочего газа (Ij = const) обусловлено несколькими факторами, но основной вклад, по-видимому, связан с локальным повышением плотности эмис-

сионной плазмы, что подтверждается косвенными экспериментами. Указанное повышение плотности плазмы на значительном удалении от катодного пятна при увеличении давления р рабочего газа обусловлено как ударной электронной ионизацией рабочего газа в разрядном промежутке, так и ионной перезарядкой, которая возникает вследствие проникновения в разрядный промежуток обратного ионного потока из области ускорения и транспортировки электронного пучка. Обратный ионный поток формируется вследствие того, что электронный пучок, распространяясь в пространстве дрейфа, ионизует атомы и молекулы рабочего газа. Образовавшиеся в результате этого ионы под действием напряжения Ua, приложенного к ускоряющему промежутку, движутся в противоположном электронному пучку направлении, ускоряясь вплоть до энергий, соответствующих приложенному напряжению.

Использование перераспределяющего электрода обеспечивает генерацию электронного пучка, неоднородность которого не превышает 15 %, на расстояниях от экстрактора вплоть до L = 125 мм. Однако на расстояниях L свыше 125 мм наблюдается сжатие пучка по мере его транспортировки в пространстве дрейфа (рис. 15). Сжатие (фокусировка) пучка подтверждается как зондовыми измерениями (см. рис. 11, зонд 16), так и методикой, основанной на прожиге тонких алюминиевых фольг. Увеличение тока 1е эмиссии и, соответственно, тока h пучка приводит к сжатию электронного пучка (рис. 16), при этом по мере его распространения в пространстве дрейфа изменение тока h приводит к более сильному влиянию на диаметр пучка.

Рисунок 15 - Распределение плотности у, тока пучка на различных расстояниях Ь от экстрактора при 1Ь = 30 А, иа = 8 кВ и р = 8 Па (воздух):

1 - Ь = 75 мм иетах = 0,6 А/см2);

2 - Ь = 170 мм (Л тах = 0,9 А/см2);

3 -1 = 275 мм (/'„„„; = 3,2 А/см2)

Рисунок 16 - Распределение плотности тока электронного пучка на расстоянии от экстрактора £ = 275 мм при V, = 8 кВ ир = 8 Па (воздух):

1 -/»=15 А;

2 - Д = 30 А; 3-/» = 45 А

Влияние тока I/, на сжатие пучка свидетельствует о фокусировке пучка собственным магнитным полем. Однако проведенные оценки показали, что собственного магнитного поля недостаточно для столь значительного сжатия пучка, наблюдаемого в эксперименте. Кроме того, в эксперименте наблюдается усиление фокусировки с повышением давления с 3 до 8 Па. Так, например, для £ = 275 мм и 1ь = 45 А при р = 8 Па диаметр пучка (на полувысоте) составлял 15-16 мм, а при

р = 3 Па диаметр увеличивался до 20-21 мм. Следовательно, помимо собственного магнитного поля сжатие пучка может быть связано как с нарушением плоскопараллельной формы ускоряющего промежутка вследствие проникновения через сеточный экстрактор в ускоряющий промежуток пучковой плазмы, генерируемой в пространстве дрейфа, так и с непосредственным взаимодействием электронного пучка с пучковой плазмой. Для установления влияния давления р на параметры пучковой плазмы было измерено радиальное распределение плавающего потенциала и а с помощью зонда ¡7 (рис. 11). Измерения показали, что потенциал и а в целом отрицательный, но характер его радиального распределения изменяется по мере роста давления: для давления р = 3 Па распределение Ир имеет четко выраженный минимум на оси пучка (-18 В), тогда как при р = 8 Па в центре картины наблюдается максимум потенциала (-6,3 В), что, вероятно, может оказывать влияние на сжатие пучка.

В таблице 1 представлены параметры форвакуумного плазменного источника электронов, достигнутые при использовании импульсного дугового разряда с катодным пятном для генерации эмиссионной плазмы. На рисунке 17 представлен внешний вид форвакуумного плазменного источника электронов.

Таблица 1 - Параметры форвакуумного плазменного источника электронов на основе дугового разряда с катодным пятном

Режим работы импульсный

Ток разряда до 400 А

Ускоряющее напряжение до 15 кВ

Ток пучка до 170 А

Длительность импульсов 20-1000 мкс

Частота повторения до 50 Гц

импульсов

Мощность электронного до 1,9 МВт

пучка в импульсе

Энергия в импульсе до 600 Дж

Плотность энергии в до 15-85 Дж/см2

импульсе электронного (в зависимости

пучка от Ь)

Рабочие газы воздух, Аг, Не и др.

Рабочий диапазон 3-15 Па

давлений

Использование дугового разряда в форва-куумном плазменном источнике обеспечило стабильную генерацию широкоапертурных импульсных электронных пучков с энергией электронов до 15кэВ, током до 170 А, длительностью импульса до 1000 мкс и полной энергией в импульсе до 600 Дж, при этом

Рисунок 17 - Внешний вид плазменного источника электронов: 1 - катод; 2 - керамический изолятор; 3 - полая часть анода; 4 - изолятор, обеспечивающий разделение полой и плоской частей анода; 5 - плоская часть анода с эмиссионным окном; 6 - изолированный электрический ввод для поджигающего электрода; 7 - изолятор ускоряющего промежутка

отпала необходимость кондиционирования электродов разрядного промежутка, а ток пучка ограничен только электрической прочностью ускоряющего промежутка. Неравномерность распределения плотности тока по сечению пучка диаметром 70 мм не превышает 15%, при этом плотность энергии пучка в импульсе достигает 15 Дж/см2. Сжатие пучка обеспечивает повышение плотности энергии до 85 Дж/см2. Основной рабочий диапазон давлений форвакуумного источника р - 3-15 Па. Стоит отметить, что данный плазменный источник электронов также может работать при более низких давлениях (р < 3 Па) вплоть до высокого вакуума при создании соответствующих условий для компенсации пространственного заряда в пространстве дрейфа электронного пучка, а при токах пучка Д < 20 А источник способен функционировать при давлениир до 20 Па (воздух).

Пятая глава «Электронно-лучевая обработка диэлектрических полимерных материалов» посвящена исследованиям воздействия импульсных электронных пучков на диэлектрические полимерные материалы в форвакуумном диапазоне давлений. Продемонстрирована возможность применения низкоэнергетичных импульсных электронных пучков, генерируемых в форвакуумном диапазоне давлений, для поверхностной модификации различных диэлектрических полимерных материалов. Приведены режимы облучения полимеров.

Морфология поверхности обработанных полимерных образцов изучалась методами растровой электронной микроскопии на приборе «Hitachi ТМ-1000» и атомно-силовой микроскопии на приборе «Solver HV», а также с использованием трехмерного бесконтактного профилометра «MicroMeasure 3D Station». Измерение ИК-спектров поглощения осуществлялось с помощью прибора «Nicolet 6700» с применением методики нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО).

Установлено, что при воздействии импульсного электронного пучка поверхность полипропилена марки ПП21030-16Н преобразуется, при этом по мере увеличения вводимой плотности Wf, энергии в импульсе степень изменения поверхности полипропилена увеличивается, и при достижении wb = 2,0 Дж/см2 на ней появляются одинаково ориентированные протяженные «холмы», разделенные «впадинами» (рис. 18). Расстояния между «холмами» и перепады высот между «холмами» и «впадинами» на поверхности полипропилена, обработанного электронным пучком, зависят от плотности энергии пучка в импульсе.

Рисунок 18 - Микрофотография поверхности (а) и трехмерный вид (б) облученной поверхности полипропилена (и>4 = 7 Дж/см2)

Показано, что в отличие от полипропилена при воздействии импульсных электронных пучков на образцы из полиэтилена и политетрафторэтилена наблюдается сглаживание поверхностей (рис. 19), в результате чего на поверхностях образцов остаются лишь наиболее глубокие царапины и впадины, которые присутствовали на исходных поверхностях полимеров.

Рисунок 19- Микрофотографии поверхности политетрафторэтилена до (а) и после (б) обработки электронным пучком (ь>4 = 3 Дж/см2)

Поскольку основной эффект воздействия электронных пучков средних энергий на материалы состоит в их нагреве, то наиболее вероятной причиной наблюдаемого изменения морфологии поверхности полимеров является расплавление приповерхностного слоя полимера с последующим затвердеванием за времена, сопоставимые с длительностью импульса. Ориентированное положение неровностей на поверхности полипропилена, по-видимому, обусловлено структурой исходного материала, о чем свидетельствует тот факт, что «холмы» и «впадины» на поверхностях модифицированных пластин, выполненных из одного исходного листа полипропилена, имеют одинаковую пространственную ориентацию. Для всех использованных полимеров при плотности пучка ус свыше 5 А/см2 помимо расплавления приповерхностных слоев наблюдается испарение материала.

Исследования обработанных электронным пучком пластин из полипропилена и политетрафторэтилена с помощью ИК-спектроскопии не выявили существенных изменений в спектрах поглощения образцов. В то же время для образцов из полиэтилена после обработки электронным пучком в ИК-спектре наблюдаются заметные изменения: появляется максимум, характерный для карбонильной группы С=0, наблюдается уширение полосы СН-колебаний, появляются сигналы карбоксильных групп, а также в спектре появляется широкая полоса валентных ОН-колебаний.

Исследования гидрофобных свойств поверхности полимеров, которые оценивались измерением величины краевого угла 0, образуемого на границе «твердое тело-жидкость», показали, что облучение электронным пучком приводит к изменению смачиваемости образцов. Анализ динамики изменения угла 9 в течение времени для исходных и обработанных образцов из полиэтилена, поликарбоната и политетрафторэтилена показал, что облучение электронным пучком приводит к повышению гидрофильности данных полимеров. Для облученных электронным пучком образцов из полипропилена динамика изменения краевого угла 9 зависела от ориентации «холмов» и «впадин» на поверхности полимера: капля жидкости

преимущественно растекалась вдоль ориентации «впадин», в то время как ширина капли поперек «впадин» оставалась практически неизменной.

В заключении изложены основные результаты работы.

1. Установлено, что в форвакуумном плазменном источнике электронов на основе дугового разряда с катодным пятном давление рабочего газа оказывает существенное влияние на процессы инициирования и формирования дуги. Увеличение давления рабочего газа способствует росту вероятности зажигания дугового разряда, приводит к уменьшению времени запаздывания развития разряда и сокращению длительности нарастания переднего фронта импульса тока дуги.

2. В форвакуумном диапазоне давлений высоковольтный тлеющий разряд, возникающий в ускоряющем промежутке источника при подаче используемого для извлечения электронов высокого напряжения II„, формирует обратный ионный поток, который, проникая в разрядный промежуток источника, обеспечивает снижение напряжения 11-, зажигания дугового разряда. При этом данный эффект сильнее проявляется с ростом давления р рабочего газа. Однако в условиях эксперимента для источника на основе дугового разряда указанное снижение напряжения зажигания разряда, формирующего эмиссионную плазму, не превышало 20 %, что существенно меньше, чем для форвакуумных плазменных источников на основе тлеющего разряда с полым катодом.

3. Установлено, что при функционировании дугового разряда с катодным пятном в форвакуумном диапазоне давлений в течение импульса тока дуги отчетливо проявляются два режима (стадии) горения разряда. Первая (начальная) стадия характеризуется более высоким напряжением горения дуги, а переход ко второй стадии сопровождается заметным снижением напряжения горения. Длительность г/ первой стадии и момент т2 перехода ко второй стадии зависят от давления рабочего газа и амплитуды тока разряда. Увеличение давления рабочего газа приводит к возрастанию времен Г/ и т2, а увеличение тока дуги — напротив, способствует уменьшению этих времен. Регулировкой параметров можно исключить переход между стадиями и реализовать функционирование дугового разряда только в одном режиме.

4. Исследования оптического излучения и масс-зарядового состава плазмы дугового разряда, функционирующего в форвакууме, свидетельствуют о влиянии давления и типа рабочего газа на параметры плазмы. При низком форвакуумном давлении, когда дуга функционирует с меньшим напряжением горения (режим 2), в плазме дугового разряда преобладают ионы материала катода. Увеличение рабочего давления приводит к росту газовой составляющей в плазме, а при функционировании дуги только с относительно высоким напряжением горения (режим 1) в разрядной плазме доминируют газовые ионы. Кроме того, эффективная генерация газовых ионов происходит без наложения магнитного поля.

5. В форвакуумном диапазоне давлений, несмотря на то, что катодное пятно является основным источником заряженных частиц, на значительном удалении от катодного пятна рост давления рабочего газа приводит к увеличению плотности эмиссионной плазмы. При этом в прикатодной области изменение давления не оказывает заметного влияния на разрядную плазму. Возрастание плотности плазмы в области отбора электронов, наблюдаемое при увеличении давления, обуслов-

лено эффективной ионизацией рабочего газа, концентрация частиц которого в форвакууме на порядки выше, чем в традиционных системах.

6. Экспериментально установлено, что в форвакууме давление рабочего газа оказывает влияние на процессы генерации и формирования импульсных электронных пучков в системе с плазменным эмиттером на основе дугового разряда. В условиях эмиссии электронов при неизменном токе дугового разряда увеличение давления рабочего газа приводит к росту токов эмиссии и пучка, а также способствует увеличению скорости нарастания тока электронного пучка, что, по-видимому, главным образом обусловлено локальным повышением плотности эмиссионной плазмы в области отбора электронов. В форвакууме при распространении электронного пучка в пространстве дрейфа увеличение тока пучка обеспечивает его фокусировку, при этом увеличение давления рабочего газа до 8—10 Па способствует более сильному сжатию пучка, что, вероятно, связано с влиянием пучковой плазмы, возникающей в результате ионизации рабочего газа электронным пучком на пути его распространения.

7. Использование дугового разряда с катодным пятном в форвакуумном плазменном источнике электронов обеспечило стабильную генерацию импульсных электронных пучков с длительностью импульса до 1000 мкс без необходимости кондиционирования электродов разрядного промежутка. Разработанный опытный образец форвакуумного плазменного источника на основе дугового разряда обеспечивает в рабочем диапазоне давлений 3-15 Па генерацию широкоапер-турного электронного пучка с током до 170 А, энергией электронов до 15 кэВ, длительностью импульса 20-1000 мкс, полной энергией пучка в импульсе до 600 Дж и частотой следования импульсов до 50 Гц. Неравномерность распределения плотности тока по сечению пучка диаметром 70 мм не превышает 15 %, при этом плотность энергии пучка в импульсе достигает 15 Дж/см2. Сжатие электронного пучка обеспечивает повышение плотности энергии до 85 Дж/см2.

8. Продемонстрирована возможность использования импульсных низкоэнер-гетичных электронных пучков, генерируемых в форвакуумном диапазоне давлений, для эффективной поверхностной обработки диэлектрических полимерных материалов. Воздействие импульсных электронных пучков на поверхность полимеров приводит к изменению поверхностных свойств данных материалов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в рецензируемых научных журналах, включенных в перечень ВАК РФ и международные реферативные базы данных цитирования Web of Science и Scopus:

1. Казаков, А. В. Форвакуумный импульсный плазменный источник электронов на основе дугового разряда / А. В. Казаков, В. А. Бурдовицин, А. В. Медовник, Е. М. Оке // Приборы и техника эксперимента. — 2013. - № 6. - С. 50-53.

2. Казаков, А. В. Особенности функционирования дугового разряда в форвакуумном плазменном источнике электронов / А. В. Казаков, А. В. Медовник,

B. А. Бурдовицин, Е. М. Оке // Журнал технической физики. - 2015. - Т. 85, № 2. -

C. 55-58.

3. Тюньков, А. В. Масс-зарядовый состав ионов плазмы дугового разряда форвакуумного широкоапертурного источника электронов / А. В. Тюньков,

B. А. Бурдовицин, А. В. Казаков, А. В. Медовник, Е. М. Оке // Прикладная физика. - 2015. - № 4. - С. 45-49.

4. Kazakov, А. V. Pulsed Cathodic Arc for Forevacuum-Pressure Plasma-Cathode Electron Sources / A. V. Kazakov, A. V. Medovnik, V. A. Burdovitsin, E. M. Oks // IEEE Transaction on Plasma Science. - 2015. - V. 43, No 8. - P. 2345-2348.

5. Puhova, I. V. Modification of Polymer Materials by Electron Beam Treatment / I. V. Puhova, К. V. Rubtsov, I. A. Kurzina, A. V. Kazakov, A. V. Medovnik // Key Engineering Materials. - 2016. - V. 670. - P. 118-125. (текст статьи доступен на сайте Trans Tech Publications Inc.: http://www.ttp.net/978-3-03835-612-7.html).

6. Казаков, А. В. Модификация поверхности полимерных материалов импульсным электронным пучком / А. В. Казаков, А. С. Климов, А. С. Смаилов, А. В. Медовник, Ю. Г. Юшков, И. Ю. Бакеев // Доклады ТУСУРа. - 2013. -№4(30).-С. 75-78.

7. Казаков, А. В. Структура поверхности полипропилена при облучении импульсным электронным пучком в форвакуумном диапазоне давлений / А. В. Казаков, А. С. Смаилов, В. А. Бурдовицин, А. В. Медовник, Е. М. Оке // Доклады ТУСУРа. - 2014. - № 4 (34). - С. 56-59.

Публикации в сборниках статей и трудах конференций:

8. Kazakov, А. V. Special features of arc discharge in a plasma electron source at forevacuum pressure / A. V. Kazakov, A. V. Medovnik, V. A. Burdovitsin, E. M. Oks // IEEE Proceedings of the 26th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. - Mumbai, 2014. - V. 1. - P. 737-739. (Индексируется в Scopm).

9. Казаков, А. В. Инициирование дугового разряда в форвакуумном плазменном источнике электронов / А. В. Казаков, А. В. Медовник, В. А. Бурдовицин, E. М. Оке // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2014. — Т. 57, № 3/2. —

C. 106-109.

10. Казаков, А. В. Распределение плотности тока электронного пучка, генерируемого импульсным форвакуумным плазменным источником электронов на основе дугового разряда / А. В. Казаков, А. В. Медовник, В. А. Бурдовицин, E. М. Оке // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2014. - Т. 57, № 11/3. -С. 68-72.

11. Казаков, А. В. Формирование импульсных электронных пучков в форва-куумной области давлений в системе с плазменным катодом на основе дугового разряда / А. В. Казаков // Труды V Международного Крейнделевского семинара «Плазменная эмиссионная электроника» / под ред. А. П. Семенова. - Улан-Удэ: Изд-во Бурятского научного центра СО РАН, 2015. - С. 37-44.

Патенты и свидетельства о регистрации программ для ЭВМ:

12. Пат. на полезную модель № 134728 Российская Федерация, МПК Н05Н 5/00 H01J 37/00. Форвакуумный источник импульсного электронного пучка / Бурдовицин В. А., Медовник А. В., Казаков А. В., Оке E. М.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. - № 2013128695/07; заявл. 24.06.13; опубл: 20.11.13, Бюл. № 32. - 3 е.: ил.

13. Пат. на полезную модель № 151645 Российская Федерация, МПК В29С 71/04 H01J 37/06 C08L 23/26. Установка модификации поверхности изделия из

полипропилена / Бурдовицин В. А., Казаков А. В., Климов А. С., Медовник А. В., Оке Е. М., Смаилов А. С.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. -№ 2014117474/04; заявл. 29.04.14; опубл. 10.04.15, Бюл. № 10. - 3 е.: ил.

14. Свидетельство № 2015615838 РФ. Моделирование инициирования дугового разряда вспомогательным разрядом по поверхности диэлектрика в форваку-умном импульсном источнике электронов : Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ / А. В. Казаков, И. Ю. Бакеев, А. В. Медовник; правообладатель ФГБОУ ВПО Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники; заявл. 09.04.15; регистрация 26.05.2015.

Заказ 755. Тираж 100.

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

634050, г. Томск, пр. Ленина, 40. Тел. 533018.