Плазменный источник электронов для генерации импульсных пучков в форвакуумной области давлений

Медовник, Александр Владимирович

Плазменный источник электронов для генерации импульсных пучков в форвакуумной области давлений тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

Медовник, Александр Владимирович АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Томск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2010 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.04 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Плазменный источник электронов для генерации импульсных пучков в форвакуумной области давлений»

Автореферат диссертации на тему "Плазменный источник электронов для генерации импульсных пучков в форвакуумной области давлений"

УДК 537.533

ГГХС&

Медовник Александр Владимирович

ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ Д ЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ИМПУЛЬСНЫХ ПУЧКОВ В ФОРВАКУУМНОЙ ОБЛАСТИ ДАВЛЕНИЙ

01.04.04 - Физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 9 ЛЕН 2010

ТОМСК-2010

004615934

Работа выполнена в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Оке Ефим Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, ведущий

научный сотрудник Озур Григорий Евгеньевич (Институт сильноточной электроники СО РАН, г. Томск); доктор технических наук, профессор Троян Павел Ефимович (ТУСУР, г. Томск).

Ведущая организация:

ГОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» (г. Томск)

Защита состоится «28» декабря 2010 г. в 9-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.268.04 при Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники, 634050, г. Томск, пр. Ленина 40, ауд. 203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники.

Автореферат разослан «¿5» ноября 2010 г.

Ученый секретарь л у /П

диссертационного совета Су^с/^^^^) Ю.П. Акулиничев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Обработка материалов низкоэнергетичными импульсными сильноточными электронными пучками, приводящая к нагреву или оплавлению лишь тонкого поверхностного слоя, обеспечивает существенную модификацию свойств материала на больших глубинах и как результат значительные эффекты в повышении микротвердости, коррозионной стойкости, а также снижении коэффициента трения. Для данной технологии модификации поверхностных свойств материалов используются, как правило, плазменные источники электронов с нестационарной или квазистационарной эмиссионной границей плазмы. При этом номенклатура изделий, обрабатываемых импульсными электронными пучками, была ограничена металлами, сплавами и другими проводящими материалами.

В последнее время существенное развитие получили так называемые форвакуумные плазменные источники электронов. Принципиальным отличием этих устройств является их способность к генерации пучков в ранее недоступной области давлений (5-20) Па, которая может достигаться с использованием лишь одной механической (форвакуумной) ступени откачки. Указанное преимущество имеет, несомненно, значение, однако одним из главных достоинств форвакуумных источников электронов является их способность непосредственной обработки непроводящих материалов. Как показали специально проведенные эксперименты, в форвакуумной области давлений при воздействии ускоренного электронного пучка на изолированную мишень установившийся плавающий потенциал этой мишени оказывается близким к нулевому потенциалу. Именно этот эффект и обуславливает возможность эффективной обработки диэлектриков электронным пучком с энергией, практически соответствующей величине ускоряющего напряжения. Применение форвакуумных плазменных электронных пушек для обработки непроводящих материалов было успешно продемонстрировано на примере сварки алюмооксидной керамики непрерывным сфокусированным электронным пучком.

В сущности, в форвакуумной области давлений электронный пучок оказывает воздействие на непроводящие материалы, практически такое же, как и на металлы. Открывающаяся при этом возможность импульсной электроннолучевой обработки непроводящих материалов, в первую очередь высокотемпературных керамик, представляется привлекательной. В связи с этим тематика диссертационной работы, направленная на исследование особенностей импульсной эмиссии электронов из плазмы при повышенных давлениях газа и создание на этот основе форвакуумного плазменного источника импульсного электронного пучка является актуальной.

Цель работы состояла в проведении комплекса исследований, направленных на выявление физических особенностей генерации импульсных пучков плазменными источниками электронов в форвакуумной области давлений. В задачу работы также входило создание на основе проведенных

исследований импульсного источника электронов с относительно большим поперечным сечением (5-10 см") пучка и плотностью энергии в импульсе порядка 10 Дж/см", достаточной для поверхностной обработки проводящих и непроводящих материалов.

Научная новизна работы заключается в том, что для импульсного плазменного источника электронов, функционирующего в форвакуумной области давлений:

1. Выявлены особенности влияния ускоряющего напряжения на процессы инициирования плазмообразующего разряда.

2. Измерена величина обратного тока ионов и определена степень его влияния на предельные параметры импульсного электронного пучка: ток, плотность тока, длительность импульса и энергию.

3. Выяснен основной механизм нейтрализации зарядки изолированной мишени при ее обработке ускоренным импульсным электронным пучком.

Научная и практическая ценность работы.

1. Создан форвакуумный плазменный источник электронов, обеспечивающий при давлении 5-20 Па генерацию широкоапертурного импульсного электронного пучка микросекундного диапазона длительностей с плотностью энергии пучка в импульсе, достигающей 10 Дж/см".

2. Существенно расширен диапазон возможных технологических применений плазменных электронных источников, в частности, показана возможность использования разработанного устройства для импульсной электронно-лучевой обработки поверхности высокотемпературных диэлектриков.

3. Полученные в работе результаты могут быть использованы в других устройствах, имеющих аналогичные разрядные структуры и функционирующих в области повышенных давлений, а именно: в ионно-плазменных напылительных установках, генераторах низкотемпературной плазмы, источниках ионов.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается систематическим характером исследований, использованием различных экспериментальных методик, сопоставлением экспериментальных результатов и численных оценок, а также практической реализацией научных положений и выводов при создании источников электронов.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. В импульсном режиме функционирования форвакуумного плазменного источника электронов на основе разряда с полым катодом, процесс инициирования этого разряда, так же как в непрерывном режиме, стимулируется ионным потоком из плазмы слаботочного высоковольтного тлеющего разряда, возникающего в ускоряющем промежутке при повышенных давлениях. Особенность импульсного режима состоит в том, что временная

задержка зажигания основного разряда с полым катодом существенно снижается с ростом ускоряющего напряжения, определяющего установившееся значение тока разряда в ускоряющем промежутке, а, следовательно, и величину тока инициирующих ионов.

2. В процессе генерации импульсного электронного пучка форвакуумным плазменным источником электронов предельные параметры пучка: ток, плотность тока, длительность импульса и энергия в значительной степени определяются обратным потоком ионов из пучковой плазмы, образующейся в области, непосредственно прилегающей к ускоряющему промежутку со стороны пространства дрейфа электронного пучка.

3. При обработке форвакуумным плазменным источником электронов изолированной мишени практически полная нейтрализация наводимого на поверхность мишени отрицательного заряда электронного пучка обеспечивается главным образом ионным потоком, состоящим в свою очередь из ионов пучковой плазмы, а также ионов несамостоятельного разряда, возникающего между мишенью и заземленными стенками вакуумной камеры.

4. Форвакуумный плазменный источник электронов обеспечивает при давлении 5-20 Па генерацию широкоапертурного импульсного электронного пучка с током до 120 А с энергией электронов до 20 кэВ и длительностью импульса до 200 мкс. Достигнутая в плазменном источнике плотность энергии электронного пучка в импульсе 10 Дж/см" достаточна для эффективной модификации поверхностных свойств проводящих и непроводящих материалов.

Апробация. Результаты работ докладывались и обсуждались на 16-м Международном симпозиуме по сильноточной электронике (Томск, Россия, 2010 г.), на 10-й Международной конференции по плазме газового разряда и её применению (Томск, Россия, 2007 г.), на 9-й международной конференции по электронно-лучевым технологиям (ЕВТ'09) (Варна, Болгария, 2009 г.), на 7-й международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2010 г.), на 13-й и 14-й Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых "Современная техника и технологии" (Томск, 2007 г., 2008 г.), на Всероссийской научно-технической конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУ СУР» (Томск, 2009 г., 2010 г.).

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 опубликованных по теме диссертации работах. Автором самостоятельно выдвинуты защищаемые научные положения, сделаны выводы и даны рекомендации, на основании которых разработана конструкция импульсного источника электронов. Окончательная редакция защищаемых научных положений и выводов по работе

осуществлялась совместно с научным руководителем при активном творческом участии соискателя.

Публикации. По результатам исследований по теме диссертации опубликованы 12 работ, включая 4 статьи в реферируемых журналах, 6 полных текстов докладов на Международных конференциях.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 110 страниц машинописного текста, 66 иллюстраций. Список цитируемой литературы включает 92 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность, цель, научная новизна, научная и практическая ценность работы. Излагается краткое содержание диссертации, формулируются выносимые на защиту научные положения.

Первая глава "Плазменные источники импульсных и непрерывных электронных пучков, функционирующих в области повышенных давлений" носит обзорный характер. В ней рассмотрены импульсные плазменные источники электронов, функционирующие при различных давлениях. Описаны плазмонаполненные диоды, а также импульсные плазменные источники на

основе дугового или тлеющего разряда,

функционирующие в

традиционной для таких устройств области давлений 10--10 1 Па. Особое внимание уделено анализу источников электронов, функционирующих в

области повышенных

давлений. На примере плазменных источников непрерывных электронных пучков проведен анализ особенностей эмиссии

электронов из плазмы в форвакуумной области давлений (1-20 Па). Отдельно рассмотрены импульсные источники электронов на основе высоковольтного тлеющего разряда (ВТР). В конце главы формулируются

задачи исследований.

источник импульсных пучков электронов: 1 -полый катод; 2 - анод; 3 - эмиссионное отверстие; 4 - ускоряющий электрод; 5 -фокусирующая система; 6 - плазма; 7 - пучок; 8 - цилиндр Фарадея, 9 - коллектор ионов, в -генератор импульсов, Т - тиратрон, РБМ-искусственная формирующая линия.

Вторая глава "Особенности функционирования импульсного тлеющего разряда с полым катодом в форвакуумном плазменном источнике электронов" посвящена вопросам изучения особенностей формирования и горения импульсного тлеющего разряда с полым катодом в форвакуумном плазменном источнике электронов (Рис. 1). Описана конструкция разрядной системы плазменного источника и приведена принципиальная схема электропитания разряда.

Приведены результаты исследований особенностей зажигания импульсного разряда в форвакуумной области давлений. Показано что, при приложении прямоугольного

импульса напряжения к разрядному промежутку форвакуумного

плазменного источника электронов зажигание основного разряда происходит с некоторой задержкой (Рис. 2): Наряду с ожидаемым снижением времени задержки г,, при увеличении амплитуды импульса напряжения 1!о на промежутке катод -анод и (или) повышении давления р в вакуумной камере, как показали эксперименты, на время оказывает также влияние величина напряжения на ускоряющем промежутке 11а. Повышение этого напряжения существенно снижает хЛ (Рис. 3).

Проведенные параллельно

измерения ионного тока из

Рисунок 2 - Типичные осциллограммы импульсов

напряжения на промежутке катод-анод (вверху, 1000 В/дел) и тока разряда (внизу, 20 А/дел), временная шкала 10 мкс/дел.

ускоряющего коллектор 9 возрастание увеличением повышением

промежутка на (Рис. 1) показали этого тока как с IIа, так и с давления р (рис. 4)

91/, кВ

Рисунок 3 - Время запаздывания зажигания разряда Тд как функция ускоряющего напряжения для различных давлений р и напряжений и0: 1 - р =16 Па, и0 =1200 В; 2 - р =16 Па, и0 =860 В; 3 - р =10 Па, ио=860 В.

Это дало основания объяснить наблюдаемые зависимости (рис. 3) в форвакуумном плазменном источнике электронов в рамках представлений об инициирующей роли ионов из ускоряющего промежутка, генерируемых в «паразитном» слаботочном

высоковольтном тлеющем разряде (ВТР), возникающем в

форвакуумной области давлений

18Ц, КВ

Рисунок 4 - Полный обратный ток ионов ВТР в ускоряющем промежутке как функция ускоряющего напряжения для различных давлений р: 1 - 16; 2 - 13,6; 3 - 11,1; 4 - 9,4; 5 -8,2; 6-7,4 Па.

уже при ускоряющем напряжении в несколько киловольт. Повышение ускоряющего напряжения приводит к росту тока ВТР, что в свою очередь обусловливает возрастание

обратного ионного потока (рис. 4). Заметная доля этих ускоренных ионов проникает через эмиссионное отверстие в разрядный промежуток плазменного источника, создавая в результате ионно-электронной

эмиссии со стенок катодной полости дополнительные электроны.

Очевидно, что чем больше инициирующих ионов, тем большее количество вторичных электронов выбивается из стенок катодной полости, и тем быстрее происходит процесс формирования разрядной плазмы. В этой же главе представлены характеристики и параметры импульсного тлеющего разряда. Приведены результаты исследований влияния геометрии разрядной системы и внешних условий горения разряда на предельные значения тока разряда без перехода в дуговой режим горения. В заключении главы делается вывод о том, что достигнутый уровень тока разряда в диффузной форме горения оказывается достаточным для его эффективного использования в форвакуумном плазменном источнике импульсных электронных пучков.

Третья глава "Особенности эмиссии электронов из плазмы и

формирования импульсного

электронного пучка в форвакуумном диапазоне давлений" содержит результаты исследований,

направленных на получение в форвакуумной области давлений импульсных электронных пучков микросекундного диапазона

длительностей.

Принципиальная особенность форвакуумных плазменных

электронных источников состоит в существенном влиянии на параметры и процессы функционирования обратного потока ионов, образованных в пространстве дрейфа электронного пучка. Типичные

Рисунок 5 - Типичные осциллограммы токов: 1 - эмиссии (0,5 А/дел); 2 - ионов (20 мА/дел); 3 -разряда (4 А/дел); 4 - пучка (0,2 А/дел). Временная шкала 5 мкс/дел.

0,10 0,08

0,06 0,04

Рисунок 6 - Отношение ионного тока к току электронного пучка в зависимости от тока электронного пучка для различных ускоряющих напряжений и давлений: 1-10 кВ; 2, 3 - 14 кВ; 1,3 - 7.4 Па; 2 - 8.2 Па.

токе пучка величина А слабо возрастает с повышением давления

осциллограммы токов разряда, эмиссии, пучка и обратного тока ионов представлены на рисунке 5.

Как показали эксперименты, при переходе в форвакуумную область давлений величина обратного тока ионов /, может достигать 10 % от тока электронного пучка (рис. 6). Это намного больше, чем в плазменных источниках электронов

функционирующих в традиционной области давлений (Ю-2 - 10"1 Па). С ростом тока пучка отношение обратного тока ионов к току электронного пучка хотя и снижается, но остается все же достаточно высоким (рис. 6). При фиксированном зависит от ускоряющего напряжения, но

1Ь,А

/ , А

Ьт

/^мА 80

-60

6 8 10 12

14 16 Ua, KB

-20

Как показали эксперименты, значение /ьш заметно возрастает с увеличением ускоряющего напряжения. Тенденции изменения 1Ьт и 1К с ростом ускоряющего напряжения

практически совпадают (рис. 7). Повышение давления газа слабо сказывается на величине

максимального тока при ускоряющих напряжениях до 10 кВ и снижает этот ток при больших напряжениях. Такое влияние обусловлено возрастанием обратного тока ионов, определяющим электрическую прочность

ускоряющего промежутка. Снижение /ып наблюдалось и при увеличении размера ячейки эмиссионной сетки. Естественным ограничением тока пучка плазменных источников электронов на основе тлеющего разряда является переход разряда в дуговую форму. Однако для форвакуумных источников электронов с тлеющим разрядом раньше этого наступает пробой ускоряющего промежутка.

Эксперименты по определению длительности импульса тока пучка хь (время задержки момента наступления пробоя ускоряющего промежутка относительно переднего фронта импульса эмиссионного тока) показали что, длительность т/, возрастает с увеличением ускоряющего напряжения (Рис. 8),

Рисунок 7 - Максимальный ток пучка Ibm (1, 2) и критический ток ионов Iic (3, 4) как функции ускоряющего напряжения Ua при различных давлениях: 1, 3 - 8.2 Па; 2, 4 - 13.6 Па.

в то время как при увеличении давления газа и эмиссионного тока величина ть снижается. Выполненные измерения обратного ионного тока в зависимости от давления газа, ускоряющего напряжения и тока электронного пучка (Рис. 6) дают основания для установления корреляции между временем гь и обратным ионным током.

Т., МКС

40-

12 У, кВ

12 и. кВ

(а)

(б)

Рисунок 8 - Время запаздывания пробоя Гь как функция ускоряющего напряжения (Уа для (а) различных токов пучка: 1 - 3 А, 2 - 4.8 А, 3 - 7 А, р = 8.9 Па и (б) давлений: 1 - 7.4 Па, 2 - 8.9 Па, 3 - 10.7 Па, /„ = 4.8 А.

Объяснение наблюдаемых зависимостей основано на представлении о так называемом «плазменном» механизме пробоя форвакуумного источника электронов с учетом специфики импульсного режима его функционирования. Предложена модель, описывающая процесс нарастания во времени плотности эмиссионной плазмы. Критическая плотность плазмы пкр, при которой наступает пробой ускоряющего промежутка определяется следующим соотношением:

«. Р=16-

I П-ек-Т

(1)

где ис - падение потенциала на слое, зависящее линейно от ускоряющего напряжения, Ь€ - толщина слоя пространственного заряда, Т€ - температура электронов, к - постоянная Больцмана, Ед - электрическая постоянная, с - заряд электрона.

Генерируемая в области транспортировки электронного пучка плазма, наряду с ограничением тока пучка, оказывает положительное влияние на процессы нейтрализации зарядки непроводящей мишени при ее обработке электронным пучком. Изучение особенности этого процесса в импульсном режиме моделировалось в эксперименте использованием изолированного металлического коллектора. Как видно из результатов осциллографических измерений (рис. 9), формы импульсов разрядного тока и тока ]а в цепи питания ускоряющего промежутка практически одинаковы. Ток на ионной ветви измерительного электрода, находящегося под отрицательным потенциалом по отношению к стенкам вакуумной камеры, нарастает в течение

Тек Л.

"V.......

снз 1 *1

Рисунок 9 - Типичные осциллограммы токов 1а эмиссии 1 - (2 А/дел), ^ разряда 3 - (4 А/дел), 1р измерительного электрода 4 - (5 мА/дел) и потенциала ср изолированного коллектора 2 - (1000 В/дел). (5 мкс/дел, иа=10 кВ, р=8 Па, 8С=500 см2).

10 мкс, оставаясь затем неизменным до окончания импульса. Наведенный потенциал изолированного коллектора

испытывает резкий скачок в первую микросекунду до 2ч-3 кВ, а затем - плавный спад в 1,5-г2 раза. Таким образом, хотя в импульсном режиме абсолютное значение потенциала изолированного

коллектора несколько выше, чем в непрерывном режиме, тем не менее, он остается много меньше величины ускоряющего

напряжения.

Отмеченное поведение

потенциала коллектора указывает на то, что механизм компенсации электронного заряда коллектора обусловлен процессами,

протекающими в течение достаточно продолжительного (несколько мкс) времени. Установившееся к концу импульса значение потенциала (р изолированного коллектора возрастает с увеличением тока пучка и с уменьшением площади коллектора (Рис. 10).

На рисунке 11 показана зависимость тока коллектора электронного пучка

от его потенциала. Отрицательная ветвь характеристики содержит участок насыщения, на котором полный ток остается электронным. Это отражает собою тот факт, что ионов пучковой плазмы недостаточно для компенсации заряда, приносимого на коллектор электронным пучком. С другой стороны, вольтамперная

характеристика измерительного электрода (Рис. 12), который, в сущности является зондом Ленгмюра, содержит четко выраженный участок насыщения на ионной ветви. При этом, как видно, величина тока насыщения, а, следовательно, и соответствующая случае изолированного коллектора

2.° / ,А

Рисунок 10 - Потенциал ф изолированного коллектора как функция тока 1а эмиссии для различной площади 8С коллектора: 1 - 250 см2, 2 - 500 см2. (иа=10 кВ, р=8 Па).

ионному току плотность плазмы, в примерно в два раза выше, чем при заземленном коллекторе

На основании полученных результатов механизм

отрицательного

1Ь, А

3 /

у"

1 }

а--я---

|--1--- ,1, . ■,

-160

-40

Рисунок II - Ток коллектора 1ь как функция потенциала коллектора ис. (иа=10 кВ, р=8 Па, 8С=500 см2).

Рисунок 12 -измерительного

Зависимость тока электрода

и0

<р=

компенсации заряда

электронного пучка на изолированной мишени может быть представлен следующим образом. В начале импульса тока ускоренный электронный пучок заряжает коллектор до таких высоких отрицательных значений потенциала, при которых в объеме вакуумной камеры между коллектором и заземленными стенками зажигается тлеющий разряд. Этот разряд

поддерживается высоковольтным источником питания. Процесс токопереноса между

изолированным коллектором и

отрицательным

источника

осуществляется

полюсом питания электронным

от для

напряжения смещения заземленного (1) и изолированного (2) коллектора. (иа=10 кВ, р=8 Па, 1а=2,2 А, 5С=500 см2).

пучком. В результате зажигания разряда плотность плазмы вблизи коллектора повышается (Рис. 12) и ионов из плазмы оказывается теперь достаточно для

компенсации зарядки

изолированной мишени

ускоренным электронным пучком.

Анализ процессов зарядовой компенсации дает следующее выражение для установившегося потенциала изолированного коллектора <р\

ГА

ей

(1 -Г.Уь

-А/Г

(2)

где IV) - энергия (в потенциальных единицах), затрачиваемая на образование одной ион-электронной пары, 5Р - площадь поверхности плазмы, с которой она теряет ионы, уе, у, - коэффициенты электронно-электронной и ионно-электронной эмиссии, ¡ь - ток электронов пучка, V,- - скорость ионов, £с - площадь коллектора, А - постоянный для заданного давления газа коэффициент.

Несмотря на простоту модели, абсолютные значения потенциала <р удовлетворительно совпадают с экспериментальными значениями,

Четвертая глава "Импульсный электронный источник, функционирующий в форвакуумном диапазоне давлении''' посвящена описанию созданного на основе проведенных исследований импульсного форвакуумного плазменного источника электронов. Представлены его параметры и характеристики, а также приведены некоторые примеры его возможного применения.

Создание импульсного плазменного источника электронов предназначенного для работы в форвакуумном диапазоне давлений, осуществлялась главным образом с целью повышения плотности тока электронного пучка (плотности энергии) за импульс, обеспечивающего возможность реализации ряда принципиально новых применений. Фотография и вольтамперные характеристики источника приведена на рисунках 13 и 14 соответственно.

Рисунок 13 - Внешний вид источника электронов. 1 - полый катод, 2 -анод, 3 - фланец

Рисунок 14 - Вольтамперные характеристики источника при токах разряда 1 - 80 А, 2 - 60 А, 3 40 А. давление газа (воздуха) 15 Па.

Эксплуатационные параметры источника представлены в таблице 1.

Таблица 1. Эксплуатационные параметры электронного источника.

Режим работы импульсный

Напряжение разряда до 1 кВ

Ток разряда до 200 А

Ускоряющее напряжение до 5-20 кВ

Ток пучка до 120 А

Длительность импульса 20-200 мкс

Частота следования импульсов 0.1-10 Гц

Максимально достигаемая мощность электронного пучка в импульсе 2 МВт

Энергия в импульсе до 100 Дж

Плотность энергии пучка в импульсе до 10 Дж/см2

Рабочий газ гелий, воздух, аргон и др.

Давление рабочего газа 5-20 Па

НВ, ГПа

50,

Таким образом, достигнутый уровень плотности энергии в импульсе в

форвакуумного источника электронов 10 Дж/см" вполне достаточен для его эффективного использования в технологических процессах

модификации поверхностных свойств материалов. Достижение такого уровня плотности энергии при давлениях на один-два порядка величины превышающих традиционную область давлений источников электронов с плазменным катодом делает форвакуумный плазменный источник импульсных пучков электронов уникальным устройством и открывает возможности принципиально новых технологических применений. Одним из наиболее привлекательных применений такого устройства является импульсная электроннолучевая обработка диэлектриков, в первую очередь различных керамик. В качестве примера представлены результаты обработки поверхности широко используемой алюмооксидной керамики. Достижение в эксперименте оплавления тонкого поверхностного слоя керамики свидетельствует об его импульсном нагреве до температуры превышающей 2000° С (температура плавления А1203 - 2050° С). Оплавление

/7, НМ

0 500 1000 1500 2000

Рисунок 15 - Профиль микротвердости керамики, обработанной импульсным электронным пучком.

приводило к существенному повышению микротвердости поверхностного слоя (рис.15). Вместе с тем при обработке керамики не наблюдалось ее разрушения за счет градиента температур. Последнее свидетельствует о возможности модификации поверхностных свойств непроводящих материалов без значительного нагрева их объема. Обработка импульсным электронным пучком приводит также к уменьшению шероховатости поверхности исходного образца приблизительно в 2-3 раза.

В заключении изложены основные результаты работы:

1. Установлено, что в импульсном режиме функционирования форвакуумного плазменного источника электронов, процесс инициирования основного разряда с полым катодом, так же как в непрерывном режиме, стимулируется ионным потоком из плазмы стационарного слаботочного высоковольтного тлеющего разряда, возникающего в ускоряющем промежутке при повышенных давлениях. Особенность импульсного режима состоит в том, что время запаздывания зажигания плазмообразующего разряда существенно снижается с ростом ускоряющего напряжения, определяющего установившиеся значение тока высоковольтного тлеющего разряда в ускоряющем промежутке, а, следовательно, и величину тока инициирующих ионов.

2. Определено, что в процессе генерации импульсного электронного пучка форвакуумным плазменным источником электронов предельные параметры пучка: ток, плотность тока, длительность импульса и энергия в значительной степени определяются обратным потоком ионов из пучковой плазмы, образующейся в области, непосредственно прилегающей к ускоряющему промежутку со стороны пространства дрейфа электронного пучка. При этом величина обратного ионного потока может достигать 5-гЮ % от тока пучка что, как минимум, на порядок больше, чем в источниках электронов функционирующих в традиционной области давлений (10""- КГ1 Па).

3. Естественным ограничением тока пучка плазменных источников электронов на основе тлеющего разряда является переход разряда в дуговую форму. Однако для форвакуумных источников электронов с тлеющим разрядом раньше этого наступает пробой ускоряющего промежутка. Причем в импульсном режиме работы «плазменный» тип пробоя оказывается доминирующим.

4. Показано, что при обработке форвакуумным плазменным источником электронов изолированной мишени практически полная нейтрализация наводимого на поверхность мишени отрицательного заряда электронного пучка обеспечивается главным образом ионным потоком, состоящим, в свою очередь, из ионов пучковой плазмы, а также ионов несамостоятельного разряда, возникающего между мишенью и заземленными стенками вакуумной камеры.

5. В результате проведенных исследований создан форвакуумный плазменный источник электронов обеспечивающий при давлении 5-20 Па генерацию широкоапертурного импульсного электронного пучка с током до 120 А с энергией электронов до 20 кэВ и длительностью импульса 200 мкс.

Достигнутая в плазменном источнике плотность энергии электронного пучка в импульсе до 10 Дж/см" достаточна для эффективной модификации поверхностных свойств проводящих и непроводящих материалов.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Медовник А.В. Формирование импульсного электронного пучка в системе с плазменным катодом в форвакуумной области давлений / А.В. Медовник, В.А. Бурдовицин, Е.М. Оке // Известия ВУЗов. Физика. - 2010. -Т 53, №2-С. 27-32.

2.Медовник А.В. Электронно-лучевая обработка керамики/ А.В.Медовник, В.А. Бурдовицин, А.С.Климов, Е.М. Оке// Физика и химия обработки материалов. - 2010. - № 3. - С. 39-44.

3. Burdovitsin V.A. Electron beam treatment of non-conducting materials by a fore-pump-pressure plasma-cathode electron beam source / V.A. Burdovitsin, A.S. Klimov, A.V. Medovnik, E.M. Oks // Plasma Sources Science and Technology.

- 2010. - V. 19, No. 5. - P 20-26.

4. Медовник А.В. Временные характеристики импульсного источника электронов, функционирующего в форвакуумной области давлений / А.В. Медовник, Е.Э. Поздеев // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2010. - № 1, Ч. 2 -С. 93-98.

5. Burdovitsin V.A.,. Electron beam processing of dielectrics by fore-pump plasma cathode electron source / V.A. Burdovitsin, A.S. Klimov, E.M. Oks, YU.A. Burachevsky, A.V. Medovnik, A.K. Goreev. // Electrotechnica & Electrónica.

- 2009. - V. 44, No. 5-6. - P. 195-197.

6. Medovnik A.V. Fore-Vacuum Pulsed Plasma Electron Source/ A.V. Medovnik, E.M. Oks, Yu.G. Yushkov // Proc. Of 16"1 Int. Symp. On High Current Electronics. Tomsk. Russia. - 2010. - P. 23 - 25.

7. Medovnik A.V. Initial Stage of Discharge Development in Fore-Vacuum Plasma Electron Source / A.V. Medovnik, V.I. Gushenets, E.M. Oks, V.A. Burdovitsin// Известия ВУЗов. Физика. - 2007. - №9. Приложение. -С. 202-205.

8.ЮшковЮ.Г. Генерация импульсных электронных пучков в плазменном форвакуумном источнике с кольцевой эмиссионной поверхностью /Ю.Г. Юшков, А.В. Медовник // VII Международная конференция студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук». - ТПУ. - 2010. - С. 216-218.

9. Поздеев Е.Э. Исследование влияния обратного ионного потока на временные характеристики импульсного источника электронов, функционирующего в форвакуумном диапазоне давлений / Е.Э. Поздеев, A.B. Медовник// Научная сессия ТУСУР-2010: Материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Томск: B-Спектр. - 2010. - С. 33-36.

10. Евдокимов С.А. Измерения энергии электронного пучка, вносимой в изолированную мишень / С.А. Евдокимов, A.B. Медовник // Научная сессия ТУСУР-2009: Материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Томск: B-Спектр. -2009. - С. 17-19.

11. Медовник A.B. Определение максимальных токовых параметров электронного источника с полым катодом в импульсном режиме / XIV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» - Томск: Изд-во ТПУ. -2008 -Т.З.- С. 71-73.

12. Прохорова A.A. Определение рабочего диапазона параметров электронного источника с полым катодом в импульсном режиме/ A.A. Прохорова, A.B. Медовник // XIII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». - Томск: Изд-во ТПУ. - 2007 - Т.З. - С. 79-80.

Тираж 100. Заказ № 1116. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40. Тел.: 53-30-18.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Медовник, Александр Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Плазменные источники импульсных и непрерывных электронных пучков, функционирующих в области повышенных давлений.

1.1 Плазменные источники импульсных электронных пучков.

1.2 Особенности функционирования плазменных источников электронов в форвакуумном диапазоне давлений.

1.3 Источники электронов, функционирующие в форвакуумной области давлений.

1.4 Выводы и постановка задач исследования.

Глава 2. Особенности функционирования импульсного тлеющего разряда с полым катодом в форвакуумном плазменном источнике электронов.

2.1 Техника и методика эксперимента.

2.2 Особенности зажигания тлеющего разряда с полым катодом в импульсном форвакуумном плазменном источнике электронов.

2.3 Характеристики и параметры импульсного тлеющего разряда с полым катодом в форвакуумном плазменном источнике электронов.

2.4 Выводы.

Глава 3. Особенности эмиссии электронов из плазмы и формирования импульсного электронного пучка в форвакуумном диапазоне давлений.

3.1 Техника и методика эксперимента.

3.2 Обратный ионный поток в импульсном плазменном источнике электронов.

3.3 Параметры импульсного электронного пучка.

3.4 Временные характеристики импульсного электронного источника.

3.5 Процесс компенсации заряда при электронно-лучевой обработке изолированной мишени.

3.5.1 Техника эксперимента.

3.5.2 Результаты эксперимента.

3.5.3 Анализ результатов эксперимента.

3.6 Выводы.

Глава 4. Импульсный электронный источник, функционирующий в форвакуумном диапазоне давлений.

4.1 Конструкция импульсного электронного источника.

4.2 Параметры и характеристики электронного источника.

4.3 Применение импульсного источника электронов для обработки высокотемпературных керамик.

4.4 Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Плазменный источник электронов для генерации импульсных пучков в форвакуумной области давлений"

Обработка материалов низкоэнергетичными импульсными: сильноточными электронными пучками, приводящая к нагреву или оплавлению лишь тонкого поверхностного слоя, обеспечивает существенную модификацию свойств материала на больших глубинах и, как результат, значительные эффекты в повышении микротвердости, коррозионной стойкости, а также снижении коэффициента трения. Для данной технологии модификации поверхностных свойств материалов используются, как правило, плазменные источники электронов с нестационарной или квазистационарной эмиссионной границей плазмы. При этом номенклатура изделий, обрабатываемых импульсными электронными пучками, была ограничена металлами, сплавами и другими проводящими материалами.

В последнее время существенное развитие получили так называемые форвакуумные плазменные источники электронов. Принципиальным отличием этих устройств является их способность к генерации пучков в ранее недоступной области давлений (5 - 20) Па, которая может достигаться с использованием лишь одной механической (форвакуумной) ступенью откачки. Указанное преимущество имеет, несомненно, значение, однако, одним из главных достоинств форвакуумных источников электронов является их способность непосредственной обработки непроводящих материалов. Как показали специально проведенные эксперименты, в форвакуумной области давлений при воздействии ускоренного электронного пучка на изолированную мишень установившийся плавающий потенциал этой мишени оказывается близким к потенциалу земли. Именно этот эффект и обуславливает возможность эффективной обработки диэлектриков электронным пучком с энергией, практически соответствующей величине ускоряющего напряжения. Применение форвакуумных плазменных электронных пушек для обработки непроводящих материалов было успешно продемонстрировано на примере сварки алюмооксидной керамики непрерывным сфокусированным электронным пучком.

В сущности, в форвакуумной области давлений электронный пучок оказывает воздействие на непроводящие материалы практически такое же, как и на металлы. Открывающаяся при этом возможность импульсной электронно-лучевой обработки непроводящих материалов, в первую очередь высокотемпературных керамик, представляется привлекательной. В. связи с этим тематика диссертационной работы, направленная на исследование особенностей импульсной эмиссии электронов из плазмы при повышенных давлениях газа и создание на этот основе форвакуумного плазменного источника импульсного электронного пучка, является актуальной.

Цель диссертационной работы состояла' в проведении комплекса исследований, направленных на выявление физических особенностей генерации импульсных пучков плазменными источниками электронов в форвакуумной области давлений. В задачу работы также входило создание на основе проведенных исследований импульсного источника электронов с относительно большим поперечным сечением пучка и плотностью энергии в импульсе порядка 10Дж/см, достаточной для поверхностной обработки проводящих и непроводящих материалов.

2. Измерена величина обратного тока ионов и определена степень его влияния на предельные параметры импульсного электронного' пучка: ток, плотность тока, длительность импульса и энергию.

Научная и практическая ценность работы состоит в том, что:

Содержание диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.

Заключение диссертации по теме "Физическая электроника"

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Установлено, что в импульсном режиме функционирования > форвакуумного плазменного источника электронов; процесс инициирования основного разряда с полым катодом, так же как в непрерывном режиме, стимулируется ионным потоком из плазмы стационарного слаботочного высоковольтного тлеющего разряда, возникающего в ускоряющем промежутке при повышенных давлениях. Особенность импульсного режима состоит в том, что время запаздывания зажигания плазмообразующего разряда существенно снижается с ростом ускоряющего, напряжения-, определяющего установившиеся значение тока высоковольтного- тлеющего разряда в ускоряющем промежутке, а, следовательно, и величину тока инициирующих ионов.

2. Определено, что. в процессе генерации импульсного электронного пучка форвакуумным плазменным источником электронов предельные' параметры пучка: ток, плотность тока, длительность импульса и энергия в значительной степени определяются обратным потоком ионов из пучковой плазмы, образующейся в области, непосредственно прилегающей к ускоряющему промежутку со стороны пространства дрейфа электронного пучка. При этом величина обратного ионного потока может достигать 5-НО % от тока пучка что, как минимум, на порядок больше, чем в источниках

О 1 электронов функционирующих в традиционной области давлений (10"" - 10 Па).

3. Естественным ограничением, тока пучка плазменных источников электронов на основе тлеющего разряда является переход разряда в дуговую форму. Однако для форвакуумных источников электронов с тлеющим разрядом раньше этого наступает пробой ускоряющего промежутка. Причем в импульсном режиме работы «плазменный» тип пробоя оказывается доминирующим.

4. Показано, что при обработке форвакуумным плазменным источником электронов изолированной мишени практически полная нейтрализация наводимого на поверхность мишени отрицательного заряда электронного пучка обеспечивается главным образом ионным потоком; состоящим, в свою очередь, из ионов пучковой плазмы, а также ионов» несамостоятельного разряда, возникающего между мишенью и заземленными стенками вакуумной камеры.

5. В результате проведенных исследований создан форвакуумный плазменный источник электронов, который обеспечивает при давлении 5-20 Па генерацию широкоапертурного импульсного электронного пучка с током до 120 А с энергией электронов до 20 кэВ и длительностью импульса до 200 мкс. Достигнутая в плазменном источнике плотность энергии электронного пучка в импульсе до 10 Дж/см достаточна для эффективной модификации поверхностных свойств проводящих и непроводящих материалов.

Материалы диссертационной работы опубликованы в статьях [86, 89, 90, 92], в сборниках докладов международных конференций [81-83; 85, 87, 91], в трудах конференций Всероссийского и регионального масштабов [84, 88].

Результаты работ докладывались и обсуждались на 16-м Международном симпозиуме по сильноточной электронике (Томск, Россия, 2010 г.), на 10-й Международной конференции по плазме газового разряда и её применению (Томск, Россия, 2007 г.), на 9-й международной конференции по электронно-лучевым технологиям (ЕВТ'09) (Варна, Болгария, 2009г.), на 7-й международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2010 г.), на 13-й и 14-й Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых "Современная техника и технологии" (Томск, 2007 г., 2008 г.), на Всероссийской научно-технической конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУ СУР» (Томск, 2009 г., 2010 г.).

Работы по данной тематике поддержаны грантами РФФИ (08-08-12005, 09-08-00147, 09-08-99023, 10-08-00257), а также грантом Минобрнауки по программе «Развитие научного потенциала высшей школы» (2.1.2/195 К).

Созданный на основе проведенных исследований импульсный источник электронов с плазменным катодом используется на кафедре физики ТУСУРа для проведения исследований и выполнения хоздоговоров и контрактов.

В заключение автор искренне благодарит своего научного руководителя д.т.н., профессора Е.М. Окса и научного консультанта д.т.н., профессора В.А. Бурдовицина, взявших на себя кропотливую работу по формированию личности автора как исследователя и человека, к.т.н., доцента Ю.А. Бурачевского за помощь в проведении экспериментов и ценные замечания. Автор признателен сотрудникам лаборатории НИЧ кафедры физики ТУ СУР за проявленный интерес и поддержку работы.

Заключение

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Медовник, Александр Владимирович, Томск

1. Крейндель Ю.Е. Плазменные источники электронов. М.: Атомиздат. - 1977. - 144 с.

2. Плазменные процессы в технологических электронных пушках / М.А. Завьялов, Ю.Е. Крейндель, А.А. Новиков, Л.П. Шантурин. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 256 с.

3. Источники электронов с плазменным эмиттером / Сборник статей под редакцией профессора Ю.Е. Крейнделя. Новосибирск: Наука. - 1983. — 120 с.

4. Источники заряженных частиц с плазменным эмиттером/ Сборник статей под редакцией профессора П.М. Щанина. Екатеринбург: Наука.-1993.-152 с.

5. Известия ВУЗов «Физика» / Тематический выпуск «Плазменная эмиссионная электроника» / под редакцией профессора П.М. Щанина. 2001. - Т. 44., вып. 9. - 96 с.

6. Oks Е.М. Physics and technique of plasma electron sources // Plasma Sources Sci. Technol. 1992. - V. 1. - P. 249-255.

7. Oks E.M. Development of plasma cathode electron guns / E.M. Oks, P.M. Schanin // Physics of Plasmas. 1999. - V. 7, No. 5. - P.1649-1654.

8. Broad beam electron guns with plasma cathodes / N.N. Koval, E.M. Oks, Yu.E. Kreindel, P.M. Schanin and N.V. Gavrilov // Nucl. Instrum. Mathods in Phys. Research. 1992. - V. A312. - P.417-428.

9. Current Status of the Plasma Emission Electronics: I. Basic Physical Processes / V.I. Gushenets, E.M. Oks, G.Yu. Yushkov, N.G. Rempe // Laser and Particle Beams. 2003. -V. 21, No. 2. - P. 123-138.

10. Бугаев С.П. Электронные пучки большого сечения / С.П.Бугаев, Ю.Е. Крейндель, П.М. Щанин. -М.: Энергоатомиздат, 1984. 112 с.

11. ОксЕ.М. Источники электронов с плазменным катодом: физика, техника, применения. Томск: Издательство HTJI, 2005. - 216 с.

12. I Всесоюзное совещание по плазменной эмиссионной электронике. Сборник докладов^ Улан-Удэ, Бурятский научный центр СО РАН, 1991.-152 с.

13. Труды II международного крейделевского семинара «Плазменная эмиссионная электроника». Улан-Удэ, Россия, июнь 2006.

14. Труды III международного крейделевского семинара «Плазменная эмиссионная электроника». Улан-Удэ, Россия, июнь 2009.

15. Бурдовицин В.А. Плазменные источники электронов на основе разряда с полым катодом для генерации непрерывных пучков в форвакуумном диапазоне давлений. Дисс. докт. техн. наук. Томск, ТУ СУР, 2005.

16. Федоров М.В. Плазменный источник электронов для генерации пучка ленточной конфигурации в форвакуумном диапазоне давлений. Дисс. канд.техн. наук. Томск, ТУ СУР, 2005.

17. Жирков И.С. Плазменный источник электронов для генерации сфокусированных непрерывных электронных пучков в форвакуумной области давлений. Дисс. канд. техн. наук. — Томск, ТУ СУР, 2008.

18. Климов A.C. Форвакуумный плазменный источник ленточного электронного пучка с повышенной плотностью тока на основе разряда с протяженным полым катодом. Дисс. канд. техн. наук. Томск, ТУ СУР, 2009.

19. Назаров Д.С. Генерация низкоэнергетичных сильноточных электронных пучков в пушке с плазменным анодом / Д.С. Назаров, Г.Е. Озур, Д.И. Проскуровский // Известия ВУЗов. Физика. 1994. - № 3. - С. 100-114.

20. Production and application of low-energy, high-current electron beams / G.E. Ozur, D.I. Proskurovsky, V.P. Rotshtein, A.B. Markov // Laser & Particle Beams.-2003.-V. .21, No. 2.-P. 157-173.

21. Озур Г.Е. Источник широкоапертурных низкоэнергетических сильноточных электронных пучков с плазменным анодом на основе отражательного^ разряда / Г.Е. Озур, Д.И. Проскуровский, К.В. Карлик // Приборы и техника эксперимента. — 2005. — № 6. С. 58-65.

22. О движении эмиссионной границы катодной плазмы, поперек однородного магнитного поля в диодах со взрывной эмиссией / С.П: Бугаев,, А.А. Ким, В.И: Кошелев, П.А. Хряпов // Известия АН СССР, Серия физическая. 1982. - Т. 46, № 7. - С. 1300-1305.

23. A.C. Greenwald, A.R. Kirkpatrick, R.G. Little, J.A. Minnucci // J. Appl. Phys. -1979.-V. 50, No. 2.-P. 783-787. •

24. Об использовании электронных пучков для отжига, полупроводников / Н:С. Лидоренко, Г.А. Месяц, С.В. Рябиков,

25. B.Д. Бондаренко, А.К. Зайцева, Н.И. Лебедева, А.А. Полисан, В.Г. Шпак // Журнал технической физики. 1981. -Т. 51, № 6. - С. 1303-1305.

26. Назаров Д.С. Источник плотных импульсных электронных пучков с энергиями электронов до 40 кэВ / Д.С. Назаров, Г.Е. Озур, Д.И. Проскуровский // Приборы и техника эксперимента. 1996. — № 4. - С. 83-88.

27. Получение плотных электронных пучков в пушке с плазменным, анодом на основе отражательного разряда / Г.Е. Озур, Д.И. Проскуровский,

28. Д.С. Назаров, K.B. Карлик // Письма в Журнал технической физики. 1997. -Т. 23, № 10.-С. 42-46.

29. Озур Г.Е. Формирование субмикросекундных низкоэнергетичных сильноточных электронных пучков с плазменным анодом / Г.Е. Озур, Д.И. Проскуровский // Письма в Журнал технической физики. 1988. - Т. 14, №5.-С. 413-416.

30. Плазменный эмиттер электронов с сеточной стабилизацией. I. / A.B. Жаринов, Ю.А. Коваленко, И.С. Роганов, П.М. Терюканов // Журнал технической физики. 1986. - Т. 56, № 1. - С. 66-71.

31. Плазменный эмиттер электронов с сеточной стабилизацией. II. / A.B. Жаринов, Ю.А. Коваленко, И.С. Роганов, П.М. Терюканов // Журнал технической физики. 1986. - Т. 56, № 4. - С. 687-693.

32. Высоковольтный электронный источник с плазменным эмиттером для формирования пучков большого сечения / Н.В. Гаврилов, Б.М. Ковальчук, Ю.Е. Крейндель, B.C. Толкачев, П.М. Щанин // Приборы и техника эксперимента. 1981. -№ 3. - С. 152-154.

33. Электронная пушка непрерывного действия с плазменным катодом большой площади / Ю.Е. Крейндель, В .Я. Мартене, В.Я. Съедин, C.B. Гавринцев // Приборы и техника эксперимента. 1982. - № 4. - С. 178— 180.

34. ОксЕ.М. Высоковольтный источник электронов с плазменным катодом и высокой плотностью энергии пучка в импульсе / Е.М. Оке, П.М. Щанин // Приборы и техника эксперимента. 1988. - № 3. - С. 166-169.

35. Плазменный катод электронного ускорителя с большим сечением пучка / Н.В. Гаврилов, В.В. Осипов, O.A. Бурев, Д.Р. Емлин, A.C. Каменецких, В.А. Шитов // Письма в Журнал технической физики. -2005. Т. 31, № 3. - С. 72-78.

36. Девятков В.Н. Электронный газонаполненный диод на основе тлеющего разряда/ В.Н. Девятков, H.H. Коваль, П.М. Щанин// Журнал технической физики. 2001. - Т. 75, №. 5. - С. 20-24.

37. Установка для обработки поверхности металлов электронным пучком / Н.Н. Коваль, В.Н. Девятков, П.М. Щанин, B.C. Толкачев, Л.Г. Винтизенко // Приборы и техника эксперимента. — 2005. — №1. — С. 135— 140.

38. Девятков В.Н. Генерация и транспортировка сильноточных низкоэнергетичных электронных пучков в системе с газонаполненным диодом / В.Н. Девятков, Н.Н. Коваль, П.М. Щанин // Журнал технической физики. 1998. - Т. 68, №. 1. - С. 44-48.

39. Источник электронов с плазменным катодом для генерации сфокусированного пучка в форвакуумном диапазоне давлений /

40. B.А. Бурдовицин, И.С. Жирков, Е.М. Оке и др. // Приборы и техникаэксперимента. 2005. - № 6. - С. 66-68.

41. Электронный источник с плазменным катодом для генерации ленточного пучка в форвакуумном диапазоне давлений / В.А. Бурдовицин, Ю.А. Бурачевский, Е.М. Оке, М.В. Федоров // Приборы и техника, эксперимента. 2003. - №2. - С. 127 - 129.

42. Крейндель Ю.Е. Импульсный источник электронов с плазменным эмиттером на основе каскадной дуги / Ю.Е. Крейндель, Е.М. Оке, П.М. Щанин // Приборы и техника эксперимента: 1984. - № 4. —1. C. 127-130.

43. Гушенец В.И. Сильноточный электронный ускоритель с плазменным катодом /. В.И. Гушенец, Н.Н. Коваль, П.М. Щанин // Сильноточная электроника: Материалы VI Всесоюзного симп. — Томск, Институт сильноточной электроники СО РАН. 1986. - часть 2. - С. 112

44. Генерация в инертных газах при накачке электронным пучком ускорителя с плазменным катодом / Л.Г. Винтизенко, В.И. Гушенец, H.H. Коваль, Г.А. Месяц// Доклады АН СССР. 1986. - Т. 288, № 3. - С. 609-612.

45. Генерация электронных пучков в форвакуумной области давлений / Ю.А. Бурачевский, В.А. Бурдовицин, М.Н. Куземченко,

46. A.B. Мытников, Е.М. Оке // Известия ВУЗов. Физика. 2001. - №9,- С. 8589.

47. Мытников A.B. Источник электронов с плазменным катодом для генерации пучков в форвакуумном диапазоне давлений / A.B. Мытников, Е.М. Оке, A.A. Чагин // Приборы и техника эксперимента. 1998. - № 2. - С. 95-98.

48. Разработка и возможные применения плазменной электронной пушки в области повышенных давлений / Ю.А. Бурачевский,

49. B.А. Бурдовицин, И.С. Жирков, Е.М. Оке, М.В. Федоров // Материалы Международной Научно-Практической конференции "Электронные средства и системы управления". Томск, Россия. 2004. - С. 175-177.

50. Источники электронов с плазменным эмиттером на основе отражательного разряда с полым катодом / B.JI. Галанский, В.А. Груздев, И.В. Осипов, Н.Г. Ремпе // Известия ВУЗов. Физика. 1992. - Т. 35, № 5. - С. 5-23.

51. Бурдовицин В.А. Куземченко М.Н., Оке Е.М. Плазменный электронный источник. Патент Российской Федерации №2215383.

52. Бурдовицин В.А. Об электрической прочности ускоряющего промежутка плазменного источника электронов в форвакуумном диапазоне давлений / В.А. Бурдовицин, М.Н. Куземченко, Е.М. Оке // Журнал технической физики. — 2002. Т. 72, № 7. — С. 134—136.

53. Особенности формирования однородного ленточного пучка электронов плазменным источником в форвакуумной области давлений/

54. В.А. Бурдовицин, Ю.А. Бурачевский, Е.М. Оке, М.В. Федоров // Журнал технической физики. 2004. - Т. 74, № 1. - С. 104-107.

55. Инициирование разряда в плазменном источнике электронов с полым катодом / И.С. Жирков, В.А. Бурдовицин, Е.М; Оке, И.В. Осипов // Журнал технической физики. 2006. - Т. 76, № 10. - С 128-131.

56. Таблицы физических величин. Справочник / Под редакцией И.К. Кикоина. М.: Атомиздат. 1976. - 1008 с.

57. О предельном рабочем давлении плазменного источника, электронов на основе разряда с полым катодом / Ю.А. Бурачевский, В.А. Бурдовицин, А.В. Мытников, Е.М. Оке // Журнал технической физики. -2001. Т. 71, № 2. - С. 48-50.

58. Бурдовицин В.А. О возможности электронно-лучевой обработки диэлектриков плазменным источником электронов в форвакуумной области давлений / В.А. Бурдовицин, А.С. Климов, Е.М. Оке // Письма в Журнал технической физики. 2009. - Т. 35, № 11. - С. 61-66.

59. LampsonA.I. A plasma diode electron-beam for low-density flow visualization // AJAA, pap. 1977. - No 322. - P. 1-8.

60. Кармикаэль К.Г.Г. Электронная пушка на газовом разряде для получения субмикросекундных импульсов электронов высокой энергии/ К.Г.Г. Кармикаэль, Р.К. Гарнсуорси, Л.Е.С. Матиас // Приборы для научных исследований. 1973. - № 6. - С. 30-35.

61. Pulsed atmospheric-pressure carbon-deoxide laser initiated by a cold-cathode glow discharge electron gun / A. Crocker, H. Foster, H.M. Rampson, J.H. Holliday // Electronics Lett. 1972. - V. 8, No 18. - P. 460-461.

62. Isaacs G.G. A cold-cathode glow discharge electron gun for high-pressure C02 laser ionization / G.G. Isaacs, D.L. Jordan, P.Y. Dooley // J. Phys. and Sci. Instrum. 1979. -V. 12. - P. 115-118.

63. Pigache D. A secondary emission, electron gun for high pressure gas lasers and plasma chemical reactions / D. Pigache, Y. Bonnet, G. Tomier // Proc. Intern. Conf. on phenom. in ionized gases. Minsk. 1981. - P. 865-866.

64. Корнилов С.Ю. Получение остросфокусированных пучков в электронных пушках с плазменным катодом / С.Ю. Корнилов, И.В. Осипов, Н.Г. Ремпе // Приборы и техника эксперимента. — 2009. — № 3. — С. 104-109.

65. OlcsE.M. Ion beam noise reduction method for the MEVVA ion source / E.M. Oks, P. Spadtke, H. Emig, B.H. Wolf //Review of Scientific Instruments. 1994. - V. 65, № 10. - C. 3109-3112.

66. Бугаев С.П. Источник газовых и металлических ионов на основе контрагированного разряда и вакуумной дуги / С.П. Бугаев, Е.М. Оке, П.М. Щанин, Г.Ю. Юшков // Известия ВУЗов. Физика. 1994. - Т. 37, № 3. С. 53-66.

67. Королев Ю.Д. Физика импульсного пробоя в газах / Ю.Д. Королев, Г.А. Месяц. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991. - 224 с.

68. Капцов Н.А. Электроника. М.: ГИТТЛ, 1956. - 241 с.

69. РайзерЮ.П. Физика газового разряда: Учебное руководство. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. 592 с.

70. Крейндель М.Ю. Параметры плазмы в отражательном разряде с полым катодом/ М.Ю. Крейндель, И.В. Осипов, Н.Г. Ремпе // Журнал технической физики. 1992. - Т. 62, № 10. - С. 165-169.

71. Бычков Ю.И. Инжекционная газовая электроника / Ю.И. Бычков, Ю.Д. Королев, Г.А. Месяц и др. Новосибирск: Наука, 1982. - 240 с.

72. Справочник: таблицы физических величин/ под редакцией И.К. Кикоина. -М.: Атомиздат. 1976. - 1008 с.

73. Grigoryev S.V. Investigation of Emission Increasing Effect at the Generation of Low-Energy Sub-Millisecond Electron Beam in the Diode with a

74. Plasma Cathode / S.V. Grigoiyev, N.N. Koval, V.N. Devjatkov, A.D. Teresov, P.M. Schanin// Proc. Of 15th Int. Symp. On High Current Electronics. Tomsk. Russia.-2008.-P. 29-32.

75. Груздев В.А. Влияние ионизации газа в высоковольтном промежутке с плазменным катодом на положение эмитирующей поверхности плазмы / В.А. Груздев, Ю.Е. Крейндель, Ю.И. Ларин // Журнал технической физики. 1973.-Т. 43, № 11.-С. 2318-2323.

76. Незлин М.В. Динамика пучков в плазме. М.: - Энергоиздат. —1982.

77. Оке Е.М. Основы физики низкотемпературной плазмы. — ТУСУР.: Издательство Ротапринт, 1997. 87 с.

78. Зельдович Я.Б. Элементы математической физики. Наука / Я.Б. Зельдович, А.Д. Мышкис. М, 1973. - 351 с.

79. Коваль H.H. Наноструктурирование поверхности металлокерамических и керамических . материалов при импульсной электронно-пучковой обработке / H.H. Коваль, Ю.Ф. Иванов // Известия ВУЗов. Физика. 2008. - Т 51,№ 5. - С. 60-70.

80. Бурдовицин В.А. Параметры "плазменного листа", генерируемого ленточным электронным пучком в форвакуумной области давлений /

81. B.А. Бурдовицин, Е.М. Оке, М.В. Федоров // Известия ВУЗов. Физика. -2004.-№3.-С. 74-77.

82. Григорьев C.B., Эффект усиления эмиссии при генерации низкоэнергетического субмиллисекундного электронного пучка в диоде с сеточным плазменным катодом и открытой границей анодной плазмы/

83. C.B. Григорьев, В.Н. Девятков, H.H. Коваль, А.Д. Тересов //Письма в Журнал технической физики. 2010. - Т. 36, № 4. — С. 23-31.

84. Гаврилов Н.В. 250-кВ диод с ионно-электронной эмиссией, возбуждаемой импульсной контрагированной дугой / Н.В. Гаврилов, Ю.Е. Крейндель, П.М. Щанин // Журнал технической физики. 1985. - Т. 55, №9.-С. 1845-1857.

85. Medovnik A.V. Initial Stage of Discharge Development in Fore-Vacuum Plasma Electron Source / A.V. Medovnik, V.I. Gushenets, E.M. Oks, V.A. Burdovitsin // Известия ВУЗов. Физика. 2007. - №9. Приложение. - С. 202-205.

86. Медовник А.В. Формирование импульсного электронного пучка в системе с плазменным катодом в форвакуумной области давлений / А.В. Медовник, В.А. Бурдовицин, Е.М. Оке // Известия ВУЗов. Физика. -2010. -Т 53, № 2 С. 27-32.

87. Медовник А.В. Электронно-лучевая обработка керамики / А.В. Медовник, В.А. Бурдовицин, А.С. Климов, Е.М. Оке // Физика и химия обработки материалов. 2010. - № 3. - С. 39-44.

88. MedovnikA.V. Fore-Vacuum Pulsed Plasma Electron Source/ A.V. Medovnik, E.M. Oks, Yu.G. Yushkov// Proc. Of 16th Int. Symp. On High Current Electronics. Tomsk. Russia. 2010. - P. 23 - 25.