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

УДК 537 533 На правах рукописи

ООЭ 1БЭ56

Жирков Игорь Сергеевич

ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ СФОКУСИРОВАННЫХ НЕПРЕРЫВНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ В ФОРВАКУУМНОЙ ОБЛАСТИ ДАВЛЕНИЙ

01 04 04 - Физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

^ руР """"

ТОМСК - 2008

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

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Ефим Михайлович Оке

Официальные оппоненты доктор технических наук,

Николай Николаевич Коваль

(Институт сильноточной электроники СО РАН, г Томск)

доктор технических наук, Павел Ефимович Троян (Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, г Томск)

Ведущая организация ФГНУ "НИИ Ядерной Физики" (г Томск)

Зашита состоится 19 февраля 2008 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д. 212.268.04 в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники, 634050, г Томск, пр Ленина 40, ауд 230

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

Автореферат разослан « Ц » 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета .уъ^ф^и-^ Ю П Акулиничев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Способность источников электронов с плазменным катодом функционировать в облает повышенных давлений, а также в присутствии химически агрессивных сред, не только делает предпочтительным их использование в электронно-лучевых технологиях модификации поверхностных свойств материалов, но и значительно расширяет область применения электронных пучков Одним из наиболее перспективных направлений развития источников электронов такою типа является «прорыв» в гак называемую форвакуумную область давлений (порядка 1-15 Па), достигаемую при использовании лишь механических средов откачки В проведенных ранее исследованиях была показана принципиальная возможность ночучения ускоренных электронных пучков в форвакуумной области давлений В результате было создано несколько разновидностей форвакуумных плазменных источников электронов, обеспечивающих генерацию непрерывных пучков цилиндрической и ленточной конфигураций

Ряд принципиальных технологических применений электронных пучков требует сущеспвенного повышения в форвакуумной области давлений удельных параметров воздействия электронов, например, плотности мощности электронного пучка Такая задача может быгь, очевидно, решена в результате повышения плотности эмиссионного тока электронного пучка и его последующей фокусировки По аналогии с плазменными источниками сфокусированных электронных пучков, функционирующими в традиционной области давлений (менее 0 1 Па), и для форвакуумной области принципиальным является ограничение размеров эмиссионной поверхности плазмы до минимально возможных значений В предельном случае отбор электронов осуществляется из одиночного эмиссионного отверстия (канала) В форвакуумной области давлений при генерации сфокусированных электронных пучков следует ожидать проявления особенностей образования плашенной эмиссионной границы, отбора и ускорения электронов, формирования электронного пучка и его фокусировки, а также транспортировки пучка Очевидно гакже, что достижение более высокой плотности мощности электронного пучка не может не влиять на электрическую прочность ускоряющего промежутка

Таким образом, тематика диссертационной работы, посвященная исследованию особенностей генерации в форвакуумном плазменном источнике электронов сфокусированных электронных пучков, представляется, несомненно, актуальной

Цель работы состояла в проведении комплекса исследований эмисси онных свойств плазмы, создаваемой в тлеющем разряде с полым катодом в форвакуумной области давлений, и рассмотрении особенностей генерации

электронного пучка с высокой плотностью мощности В задачу работы входило также создание на основе проведенных исследований плазменного нг-точииьа электронов, способною генерировать в ранее недоступном форваку-умном диапазоне давлений сфокусированный электронный пучок с плотно ст ью мощности не менее 50 кВт/см2, достаточной для проведения процессов поверхностной обработки, плавки и испарения ряда материалов Научная новизна работы заключается в том, чго впервые

1 Продемонстрирована возможность использования слаботочного высоковольтного тлеющего разряда, возникающего в ускоряющем промежутке форвакуумного плазменного источника электронов для инициирования основного разряда с полым катодом Установлены основные закономерности и выявлены особенности инициирования, а также определены параметры, оказывающие влияние на эффективность инициирования

2 Установлено положительное влияние продольного магнитного поля и ускоряющем промежутке на устойчивость функционирования и стабильность параметров форвакуумного плазменного источника электронов, а 1ахже на возможность увеличения мощности электронною пу 1ка и повышения предельного рабочего давления источника

3 Детально исследованы процессы формирования и транспортировки сфокусированного электронного пучка в форвакуумной области давлений Списаны условия возникновения пучково-плазменного разряда в фокальной плоскости пучка, показано отрицательное влияние этого разряда на минимально достижимый диаметр пучка

4 Показано, что в форвакуум ном диапазоне давлений существуют ограничения, накладываемые на протяженность и диаметр эмиссионного канала, обусловленные снижением эффективности извлечения электронов и нарушением электрической прочности ускоряющего промежутка за счет порогового возрастания ионизационных процессов непосредственно в эмиссионном канапе

Научная и практическая ценность работы состоит в том, что

1 Создан плазменный источник электронов, обеспечивающий в форвакуумной области давлений (1-15 Па) генерацию электронных пучков с током до 300 мА, энергией до 25кВ и плотностью мощности до 50 кВт/см7

2 Существенно расширен диапазон возможных технологических применении плазменных электронных источников, в частности показана возможность использования разработанного устройства для инициирования плазмохимических реакций между парами обрабатываемых металлов и напускаемым в рабочий объем реактивным газом

3 Полученные в работе результаты могут быть использованы в других )стройствах, имеющих аналогичные разрядные структуры и функ-

ционируюших в области повышенных давлении, э именно ионно-плазменных напылительных установках, 1енераюрах низкотемпера-гурной плазмы, плазменных источниках ионов и т д

Достоверность и обоснованность результатов рабо1ы 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 плазменном источнике электронов, функционирующем в форваку умной области давлений (1-15 Па), возникающий в ускоряющем промежутке слаботочный высокоыолыный тлеющий разряд может быгь использован для инициирования основною разряда с полым катодом Увеличение ускоряющего напряжения, расширение эмиссионного отверстия, повышение давления газа и выбор пары рабочий газ - материал катода, обеспечивающий больший коэффициент ион-но-электронной эмиссии, способствуют данному инициированию

2 В форвакуумном плазменном источнике электронов с одиночным эмиссионным каналом увеличение диаметра канала с целью обеь печения большей площади эмиссионной поверхности плазмы, возможное лишь при соотвегсгвующем удлинении канала, имеет свои ограничения, обусловленные пороювым возрастанием ионизационных процессов в канале, приводящем к нарушению электрической прочности ускоряющего промежутка

3 В форваку умной области давлений при отборе элекгронов из плазмы через одиночное эмиссионное отверстие, создание продольного магнитного поля в области формирования и ускорения электронов обуславливает в результате стабилизации в ускоряющем промежутке плазменной эмиссионной границы увеличение тока пучка плазменного источника элекгронов и повышение его предельного рабочего давления

4 В плазменном источнике сфокусированного пучка электронов, функционирующем в форвакуумной области давлений, сираничемие максимальной плотности тока в фокальной плоскости пучка связано с возникновением в этой области пучково-плазменною разряда Способами подавления, которого для данного случая, являются увеличение энергии электронов и повышение давления рабочего 1аза в пространстве дрейфа

5 Плазменный источник электронов на осчове разряда с полым катодом обеспечивает при давлениях газа 1 - 15 Па генерацию сфокусированного аксиально-симметричного непрерывно о электронно! о пучка током до 300 мА, энершей до 25 кВ и плотностью мощности до 50 кВт/см"

Апробация, Результаты работ докладывались и обсуждались на ХШ и XIV международном симпозиуме по сильноточной электронике (Томск, Россия, 2004г и 2006г ), 8 международной конференции по электроннолучевым технологичм (Варна, Болгария, 2006г), международной конференции IFLF по физике плазмы и ее применениям ICOPS (Монтерей, США, 2005), 34 международной конференции по физике плазмы (ЗР61. 2007, New Mexico, USA), 10 международной конференции rio плазме газового разряда и её применению (Томск, Россия, 2007г), трех международных научно-практических конференциях «Электронные средства и системы управления» (Томск, Россия, 2004i , 2005г и 2007i ), четвертой международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления Опыт инновационного развития» (Томск, Россия, 2007i ), 13 международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технологии» (Томск, 2007i )

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 им были разрабоганы конструкции двух источников остросфокусированного электронного пучка Окончательная редакция защищаемых научных положений и выводов по работе осуществлялась совместно с научными руководителями при активном творческом участии соискателя

Публикации. По результатам исследований по теме диссертации опубликованы 22 работы, включал 5 статей в реферируемых журналах, 10 полных текстов докладов на Международных конференциях и 1 патент Российской Федерации на изобретение

Структура диссертации. Диссертация содержит 117 страниц машинописною текста, 97 илаюстраций, список цитируемой литературы из 113 наименований и состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

Первая глава 'Генерация сфокусированных электронных пучков на основе систем с плазменным катодом, функционирующих в области повышенных давлений газа " носит обзорный характер и посвящена анализу известных из литературы сведений о процессах и способах инициирования разряда низкого давления с полым катодом в плазменных источниках электронов Рас-

смотрены особенности генерации сфокусированных электронных пучков с энергий 10 - 30 кВ на основе систем с плазменными катодами. При рассмотрении типичных способов формирования устойчивой эмиссионной границы плазмы сделан вывод о том, что эмиссионная граница плазмы достаточной концентрации создается в области давлений 1 - 15 Па (форвакуумный диапазон) в разрядах с осциллирующими электронами, в частности в разряде с полым катодом. Отмечена возможность влияния продольного магнитного поля на формирование эмиссионной границы плазмы. Описаны физические закономерности и процессы, сопровождающие генерацию, формирование и распространение электронных пучков в указанном диапазоне энергий. Рассмотрены основные принципы построения плазменных электронных источников. Значительная часть обзора посвящена различным разрядным схемам реализации источников с плазменным катодом. Сделан вывод о том, что, несмотря на многообразие разрядных систем, и конструктивных решений, реализованных в известных электронных источниках с плазменным катодом, они не могут быть напрямую использованы для обеспечения генерации остросфокуси-рованных электронных пучков в форвакуумной области давлений. В заключение главы сформулированы основные задачи исследований.

Вторая глава "Экспериментальное оборудование и методики исследований" посвящена методике и технике эксперимента. Описан экспериментальный макет плазменного эмиттера электронов на основе разряда с полым катодом, специально созданный для генерации непрерывных сфокусированных электронных пучков в форвакуумной области давлений (Рис. 1). Рассмотрены особенности зондо-вой методики измерения параметров, как эмиссионной плазмы, так и плазмы генерируемой электронным пучком.

т. Проанализированы вопросы

Рисунок 1 - Конструкция экспериментально-

^ регистрации энергетического

го макета плазменного источника электронов: г

„ спектра эмитируемых плазмой

1 - полый катод, 2 - керамическии изолятор,

, , электронов и оптического

3 - анод, 4 - эмиссионное окно, 5 - уско-

„ спектра пучковой плазмы,

ряющии электрод, 6 - керамическии изоля- ^

г г Описана процедура измерения

тор, 7 - фокусирующая система ,

к * ■> г] профиля поперечного сечения

электронного пучка на основе модернизированного метода вращающихся

зондов.

В главе также приведены результаты исследований инициирования тлеющего разряда с холодным полым катодом с помощью "паразитного" высоковольтного тлеющего разряда в ускоряющем промежутке Было обнаружено, что предварительная подача ускоряющего напряжения позволяет снизить напряжение зажигания основного разряда, причем зависимость напряжения зажигания от потенциала ускорения определяется в первую очередь рабочим давлением (Рис 2) Проведенные эксперименты позволили сделать два вывода Первый - момент зажигания разряда определяется в значительной степени обратным ионным током в катодную полость Второй - решающее значение, определяющее величину минимального обратного тока ионов инициирующих разряд, имеет пара - материал катода и род рабочего газа Предлагается наиболее вероятный механизм инициирования разряда Высоковольтный тлеющий разряд в ускоряющем промежутке формирует ионный поток в сторону эмиссионного электрода Через отверстия в эмиссионном электроде часть ионного потока проникает в катодную полость Проникающий поток обеспечивает дополнительную электронную эмиссию со стенок полости, что, в конечном счете, и обуславливает зажигание разряда

Как показали эксперименты, «ионное» инициирование разряда сравнительно просто реализуется в случае, когда окно в эмиссионном электроде имеет диаметр порядка 1 см и перекрыто либо сеткой, либо пластиной с

большим (не менее десятка) числом отверстий В то же время для формирования остросфо-кусированного пучка необходимо максимально уменьшать площадь эмиссионной поверхности Логическим пределом такого уменьшения является эмиссия из одиночного отверстия в эмиссионном электроде, но в этом случае «ионное» инициирование разряда затруднено, поскольку установлено наличие связи между проникающим потоком ионов и прозрачностью эмиссионного электрода Таким образом, «ионное» инициирование разряда в источнике сфокусированного электронного пучка затруднено Для этого случая инициирование разряда предлагается обеспечивать использованием специальной конструкции эмиссионного электрода, имеющего, наряду с центральным одиночным эмиссионным отверстием диаметром 1,3 мм, ряд периферийных более мелких вспомогательных отверстий окружающих центральное При этом

и,, кВ

Рисунок 2 - Напряжение зажигания разряда форвакуумного плазменного источника электронов как функция напряжения иа на ускоряющем промежутке для различных давлений газа 1 - 5 Па. 2 - 5.5 Па. 3 - 6 Па, 4-8 Па

предполагается, что вспомогательные отверстия оказываются малыми для эффективной эмиссии электронов в силу перекрытия их слоями пространственного заряда и, в то же время, достаточными для проникновения ионов из ускоряющего промежутка в разрядную область Проведенные эксперименты наглядно демонстрируют возможность эффективного зажигания разряда при помощи вспомогательных отверстий в источнике электронного пучка малого (-1 мм:) сечения без дополнительного напуска газа Уменьшение прозрачности до величин, меньших 1 %, делает «ионное» инициирование разряда практически невозможным

Третья глава "Эмиссия эчектронов из плазмы и генерация сфокусированных зпектронных пучков в форвакуумной обчасти Оавлении" содержит результаты исследований особенностей генерации сфокусированных электронных пучков плазменными источниками электронов в форвакуумной области давлений Рассмотрено влияние геометрии разрядно-эмиссионной системы на максимальные значения эмиссионного тока и эффективность извлечения Показано, что при постоянном ускоряющем напряжении увеличение тока и давления газа приводит к «расплыванию» пучка и, как результат, к спаду плотности мощности Увеличение плотности тока пучка имеет своим следствием расширение энергетического спектра электронов в пучке за счет потери энергии частью электронов в неупругих коллективных пучково-плазменных взаимодействиях

Установлено, что протяженность эмиссионного канала Ьа и его диаметр (1Л имеют свои ограничения, обусловленные снижением эффективности извлечения электронов и нарушением электрической прочности ускоряющего промежутка за счет развития эффекта полого катода в эмиссионном канале В

отличие от так называемого плазменного пробоя, наблюдающегося только при наличии разряда в системе с полым катодом, в данном случае такое состояние сохраняется и после прекращения разряда Сравнение соотношения между предельными значениями ускоряющего напряжения и^ и тока эмиссии при превышении которых происходит пробой, для эмиссионных электродов различной толщины представлено на рисунке 3 При малой протяженности эмиссионного

< 2

60 50 40

30 20 10

и кВ

8

10

Рисунок 3 - Характерные кривые, описывающие возникновение пробоя, при давлении 10 Па 1 - диаметр с1а 1 мм, толщина 0,2 мм, 2 - диаметр с1а 1,5 мм толщина Ь, 4 мм

канала увеличение ускоряющего напряжения приводит к возрастанию предельного тока пучка, при котором еще происходит ускорение электронов

Для относительно длинных каналов наблюдается обратная тенденция чем больше напряжение на ускоряющем промежутке, тем меньше предельный ток Указанные отличия в наблюдаемых эффектах трактуются нами следующим образом В случае малой толщины электрода (и, соответственно, короткого эмиссионного канала) увеличение ускоряющего напряжения отодвигает плазменную границу и предотвращает проникновение разрядной плазмы в ускоряющий промежуток При большой толщине электрода и длинном канале подъем ускоряющего напряжения способен вызвать развитие ионизационных процессов в самом канале Нарастание интенсивности этих процессов приводит к эффекту полого катода (ЭПК), которым, для электродной системы ускоряющего промежутка, является эмиссионный канал, находящийся под отрицательным потенциалом относительно ускоряющего электрода (экстрактора) Поступление электронов из основного разряда в канал в таком случае инициирует дополнительную ионизацию и способствует, таким образом, развитию ЭПК Рост тока основного разряда приводит к увеличению эмиссии электронов в эмиссионный канал и повышению вероятности развития ЭПК, что проявляется в снижении предельного значения и^ (Рис 3) После развития ЭПК в эмиссионном канале разряд в ускоряющем промежутке способен самоподдерживаться

Показано, что создание продольного магнитного поля в области формирования и ускорения электронного пучка позволяет подавлять «плазменный пробой», обеспечивая устойчивость проникающей в ускоряющий промежуток плазмы Это позволяет существенно повысить как предельный эмиссионный ток источника (Рис 4), так и стабильность работы плазменного источника электронов в условиях влияния на эмиссионные свойства плазмы обратного потока ионов Проведенный анализ распределения линий равной концентрации проникающей в ускоряющий промежуток плазмы, позволяет прийти к заключению, что магнитное поле препятствует радиальному распространению плазмы и удерживает ее вблизи оси системы Это дает основания объяснить картину влияния магнитного поля на электрическую прочность промежутка следующим образом Как отмечалось выше, влияние магнитного поля на электрическую прочность промежутка имеет место лишь в случае реализации «плазменного пробоя» Механизм этой разновидности пробоя заключается в проникновении плазмы из разрядной области в ускоряющий промежуток и последующем замыкании («переключении») разрядного тока с анода на ускоряющий электрод В работах Жаринова показано, что решающим фактором для подобного «переключения», является достижение площадью электронного коллектора, в нашем случае эмиссионной поверхности плазмы, некоторого предельного значения, при котором величина хаотического тока электронов из плазмы сравнивается с током разряда Поэтому, за счет ограничения площади эмитирующей поверхности проникающей плазмы, возможно обеспечение требуемой электрической прочности ускоряющего промежутка

60

% 50

40

(а)

2 4 6 8 10 В мТл

2 4 6 8 10 В, мТл

Рисунок 4 - Величина экспериментально измеренного предельного эмиссионного тока 1а, (а) и расчетные зависимости (б) предельного значения п концентрации плазмы на оси системы в зависимости от индукции В- магнитного поля, для различных давлений газа Р, а 1-6 Па, 2-8 Па, б 1-3 Па, 2-6 Па, 3 - 9 Па

Решение уравнения непрерывности (1) позволяет определить радиус круговой эмиссионной поверхности плазмы г, подстановка которого в выражение Жаринова (2) дала возможность связать плотность плазмы на оси системы и индукцию магнитного поля, необходимого для предотвращения переключения разряда

г йг </г

/

(1)

где п - концентрация плазмы, W| -интенсивность генерации ионов плазменными электронами, т е число актов ионизации в единице объема в единицу времени, пу// - интенсивность исчезновения ионов благодаря их уходу на анод, У| - бомовская скорость, / - протяженность плазмы в осевом направлении, - коэффициент поперечной диффузии ионов в магнитном поле, г -радиальная координата

/С > 1 (2)

где /=5/(5 +5 ) представляет собой отношение площади эмиссионной плазменной границы 5С к сумме площадей анода 5а и 8С С учетом реальной конфигурации электродов (Рис 1) сумма Ба + 5С фактически равна поперечному сечению катодной полости, поскольку этим сечением определяется рабочая область анода, а есть не что иное, как плошадь эмиссионной границы плазмы, определяемая радиусом г Фактор в есть отношение плотности хаотического электронного тока в плазме к плотности анодного тока

Результаты расчетов, представленные на рисунке 46, оказываются в удовлетворительном соответствии с экспериментальными зависимостями

Фокусирующая система

(Рис. 4а), что свидетельствует в пользу предложенного механизма влияния магнитного поля на предельные параметры плазменного источника электронов.

Обнаружено, что при превышении током пучка некоторого порогового значения в области фокуса возникает яркое белое свечение, в то время как

остальная траектория пучка имеет более темную окраску (Рис. 5). При этом свечение плазмы в видимой области обогащается линиями с низким энергетическим порогом возбуждения, а энергетический спектр пучка расширяется. Диаметр пучка в фокальной плоскости также возрастал с увеличением тока пучка и, начиная с некоторого порогового значения тока, наблюдался резкий рост концентрации пучковой плазмы и температуры плазменных

электронов. Результаты проведенных экспериментов позволили прийти к выводу о коллективном характере взаимодействия пучка с плазмой и возникновении плазменно-пучкового разряда (ППР). Минимальный ток электронного пучка, необходимый для возникновения ППР, возрастал как с ростом ускоряющего напряжения, так и с увеличением давления газа (Рис. 6а). На основе рассмотрения уравнения баланса ионов и критерия возникновения пучково-плазменного разряда получено аналитическое выражение, позволяющее рассчитать пороговую плотность тока:

ЭлектроШый пучок

Рисунок 5 - Свечение области транспортировки электронного пучка в форвакуумном диапазоне давлений.

Je

■25j2v;„e0

кТ лМ

in Á

г,.е-

1

U2

(3)

где пгиМ - масса электронов и нейтральных частиц рабочего газа соответственно, ven - частота столкновения плазменных электронов с нейтралами, je -плотность тока пучка,

r¡, - радиус пучка, X - ионизационная длина свободного пробега электронов, Т - температура нейтральных частиц газа, U - энергия электронов пучка.

Расчетные кривые (Рис. 66) совпадают по форме с экспериментальными зависимостями, что подтверждает механизм ограничения плотности тока пучка возникновением ППР.

3456789 10 и , кВ

е

Рисунок 6 - Плотность тока электронного пучка, необходимая для возникновения ППР, как функция ускоряющего напряжения для различных давлений газа: а - эксперимент, б - расчет

Четвертая глава "Плазменный источник электронов для генерации сфокусированного пучка в форвакуумной области давлений" посвящена созданию реальных устройств - плазменных электронных источников, генерирующие в форвакуумном диапазоне давлений электронный пучок. Приведены подробные конструкции и параметры разработанных в результате проведенных исследований плазменных источников остросфокусированного пучка электронов на основе тлеющего разряда с полым катодом. Для источника I, внешний вид которого изображен на рисунке 7, эксплуатационные характеристики представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Эксплуатационные характеристики источника I

Рисунок 7 -Внешний вид источника электронов I с блоком

электрического питания

Режим работы непрерывный

Напряжение разряда до 1 кВ

Ток разряда до 1 А

Ускоряющее напряжение до 15 кВ

Ток пучка до 300 мА

Диаметр пучка, на расс-ии не более 30 см. от фокусирующей системы 3-7 мм

Максимально достигаемая мощность электронного пучка 5 кВт

Рабочий газ воздух, аргон и др.

Давление рабочего газа 1 -15 Па

Особенностью конструкции источника II является наличие встроенного, в отличие от конструкции I, водяного сопротивления. Внешний вид и эксплуатационные характеристики источника представлены на рисунке 8 и в таблице 2, соответственно.

Таблица 2 - Эксплуатационные характеристики источника II

Рисунок 8 -Внешний вид источника электронов II

Режим работы непрерывный

Напряжение разряда до 1 кВ

Ток разряда до 1 А

Ускоряющее напряжение до 25 кВ

Ток пучка до 500 мА

Диаметр пучка, на рас-нии не более 30 см. от фокус-щей системы 2-5 мм

Максимально достигаемая мощность электронного пучка 7 кВт

Рабочий газ гелий, воздух, аргон и др.

Давление рабочего газа 1 - 15 Па

Источники в течение продолжительного времени (десятки часов) способны обеспечивать стабильные параметры электронного пучка, в условиях "грязного" вакуума. Сохраняют работоспособность при воздействии паров металлов и химически активных газов в недостижимой для других источников форвакуумной области давлений.

Исследован тепловой режим эмиссионного электрода. Показано, что значительное влияние на ресурс его работы оказывает обратный поток ионов из плазмы, создаваемой электронным пучком сразу за отверстием в ускоряющем электроде. Предложен способ, основанный на рассеивании такого потока, позволяющий повысить ресурс работы указанного электрода.

Представлены результаты экспериментов по осаждению покрытий полученных в результате плазмохимических реакций с использованием острос-фокусированного электронного пучка, генерируемого разработанным источником. Компонентами плазмохимических реакций служили пары металла, получаемые испарением материала мишени электронным пучком, и реактивный газ, напускаемый в рабочий объем. Электронный пучок выполнял одновременно две функции: генератора металлических паров, испаряя мишень, и катализатора реакции, ионизируя и возбуждая реагирующие элементы.

В заключении изложены основные результаты работы, состоящие в следующем

1 Определены основные закономерности и выявлены особенности инициирования разряда с полым катодом в плазменном источнике электронов, функционирующем в форвакуумной области давлений (I 15 Па) Показано, что возникающий в ускоряющем промежутке слаботочный высоковольтный тлеющий разряд может быть использован для эффективного инициирования основного разряда с полым катодом Повышение ускоряющего напряжения, увеличение диаметра эмиссионного отверстия, а также рост давления газа и выбор пары рабочий газ - материал катода, обеспечивающей больший коэффициент вторичной ион-элеюронной эмиссии, способствуют данному способу инициирования

2 Установлено положительное влияние продольного магнитного поля в ускоряющем промежутке на устойчивость функционирования и стабильность параметров форвакуумно! о плазменного источника электронов На основании комплексных исследований процессов в ускоряющем промежутке показано, что в форвакуумной области давлений при отборе электронов из плазмы через одиночное эмиссионное отверстие наложение продольного магнитного поля в области формирования и ускорения электронного пучка плазменного и-точника обеспечивает устойчивость границы проникающей в ускоряющий промежуток плазмы и ограничивает ее площадь Это позволяет не только существенно повысить стабильность работы плазменного источника электронов в условиях существенного влияния на эмиссионные свойства плазмы обратного потока ионов, но и увеличить мощность электронного пучка, а также повысить предельное рабочее давление

3 Показано, что в форвакуумном диапазоне давлений при отборе электронов из плазмы через одиночный эмиссионный канал увеличение диаметра канала с целью обеспечения большей площади эмиссионной поверхности плазмы, а, следовательно, и большего тока пучка, возможно лишь при соответствующем удлинении канала Однако такой способ повышения тока пучка имеет свои ограничения, обусловленные снижением эффективности извлечения электронов и нарушением электрической прочности ускоряющего промежутка за сче1 порогового возрастания ионизационных процессов непосредственно в эмиссионном канале

4 Детально исследованы процессы формирования и транспортировку! сфокусированного электронного пучка в форвакуумной области давлений Описаны условия возникновения пучково-плазменного разряда в фокальной плоскости пучка, показано отрицательное влияние пучково-плазменного разряда на минимально достижимый диаметр пучка Показано, что при превышении порогового значения плотности тока

возникающий пучково-плазменный разряд вызывает расширение знер-1егическош спектра электронов, что, в конечном счете, обуславливав! возрастание диаметра пучка и, соответственно, снижение плотности его мощности Способами подавления пучково-плазменно! о разряда являюися повышение ускоряющего напряжения или увеличение давления рабочего iаза, однако, эти возможности ограничиваются нарушением электрической прочноеiи ускоряющего промежутка

5 При работе плазменного источника электронов в форвакуумном диапазоне давлений виимние обратного ионного потока из области формирования и транспорп.ровки ускоренного электронного пучка на ге-пловой режим электродной системы становится определяющим Сказанные обстоя 1сльства требуют существенно иною подхода к температурной стабилизации электродов разрядно-эмиссионной сии н мы, заключающегося, прежде всего в создании условий для рассеяния ион-ною потока по поверхности эмиссионного электрода

6 На основании проведенных исследований разработан плазменный источник электронов на основе разряда с полым катодом обеснсчи вающий при давлениях газа 1 - 15 Па генерацию сфокусированного акеиалыю-симметричного непрерывного электронного пучка током до 300 м А, энергией до 25кВ и плотностью мощности до 50 кВт/см2

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Жирков И С , Бурдовицин В А , Оке Е М О влиянии продольного магнитного поля в ускоряющем промежутке на предельные параметры плазменного источника электронов в форвакуумной области давлений Журн техн Физики, 2007, том 77, выпуск 9 е 115-120

2 Жирков И С , Бурдовицин В А , Оке Е М , Осипов И В Инициирование разряда в плазменном источнике электронов с полым катодом Жури техн Физики, 2006, гам 76, выпуск 10. с 128-131

3 Жирков И С , Бурдовицин В А , Оке Е М , Осипов И В Особенно сти формирования узкосфокус ирован-ных электронных пучков, генерируемых источником с плазменным катодом в форвакуумном диапазоне давле ний Журн техн Физики, 2006, том 76, выпуск 6 с 106-111

4 Жирков И С , Бурдовицин В А , Оке Е М , Федоров М В , Осипов И В Источник электронов с плазменным катодом для |енерации сфокусированного пучка в форвакуумном диапазоне давлений Приборы и техника эксперимента, 2005, №6, с 66-68

5 Zhii'kov 1 S , Burdovitsin У \ , Oks Ь М Electron gun tor focused beam generating in 1-10 Pa pressure range Elektrotechnica & Elektronica 2006 №5-6 Sofia, Bulgaria

6 Жирков И С , Бурловицин В А , Оке Е М Влияние газа на возможность фокусировки электронного пучка в форвакуумном диапазоне давлений Известия ВУЗов Физика 2005, №6 Приложение с 160-161

7 Zhirkov I S , Buidovitsin V А , Litovko I V , Oks E M Generation of focused electron beam by plasma electron gun in pressure range 1-1 OPa Известия ВУЗов Физика 2006, №11 Приложение (.67-69

8 Zhirkov I S , Burdovitsin V A , Medovnik A V , Ok? E M Some effects in accelerating gap of fore-vacuum plasma election gun Известия ВУЗов Физика 2007, №9 Приложение с 13-15

9 Zhirkov I S , Burdovitsin V , Burachevsky Y , Fedorov M , Oks E Narrow Focusing Electron Beam Production by Plasma Cathode Gun at Fore-Pump Pressure Range 1 Vh International symposium on high current electronics Tomsk, 2004, с 68-69

10 Zhirkov I S , Burdovitsin V , Eroshkin M , Osipov I , Rempe N , Oks E Development of Plasma Electron Guns to Produce Narrow Foc.ising Beams under the Higher Operation Pressure International Conference on Plasma Science, June 19-23, 2005, Monterey, California, USA, p 124

11 I Zhirkov, E Oks, V Burdovitsin Some effects during narrow focusing beam generation by plasma electron gun in fore vacuum pressure range Book of abstracts, 34 th international Conference on Plasma Sen псе, 3P6I, June 17-22, 2007, Albuquerque, New Mexico, USA P 392

12 Жирков И С Инициирование разряда в электродной системе с полым катодом Материалы Международной Научно-Пракгической Конференции "Электронные средства и системы управления", с 31-34 2005

13 Жирков И С , Бурачевский Ю А , Бурловицин В А , Оке Ь М , Федоров М В Разработка и возможные применения пламенной электронной пушки в области повышенных давлений Материэчы международной научно практической конференции "Электронные средства с системы управления", Томск, 2004, с 175-177

14 Жирков И С , Горшков Д В О вошожчости формирования эмиссионной границы плазмы в пространстве ускорения Материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирапгоп и молодых ученых «Научная сессия ГУСУР - 2006 ,, 1 омск 2006, с 305-308

15 Жирков И С Плазменный источник сфокусированного электронною пучка для форвакуумною диапазона давлений »-Современны»' проблемы физики, технологии и инновационного развития», Сборник статей молодых ученых, Томск, ТГУ, 2004, с 129-131

16 Жирков И С , Заворин Ю Генерация сфокусированною электронного пучка плазменной электронной пушкой в форвакуумном диапазоне давлений Материалы Всероссийской Научно-Технической Конференции "Научная Сессия ТУСУР 2005", с 18-20

17 Жирков И С Электронная пушка с высокой плотностью тока пучка для форвакуумного диапазона давлений Материалы Всероссий-

ской Научно-Техничесчой Конференции "Научная Сессия ГУСУР 2004", Томск, 2004, с 76 78

18 Жирков И С Повышение токовой эффективности плазменного источника электронов Mai^ риалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУСУР - 2006», 1 омск, 2006, с 324 -326

19 Жирков И С ! енерация металлической плазмы электронным пучком Материалы четвертой международной научно-практической конференции «Элекгронные средства и системы управления Опыт инновационного развития» (Томск, Россия, 200 7 )

20 Жирков И С , Сатин AHO влиянии длины эмиссионного канала на характеристики плазменного ис гочника электронов в форвакуумном диапазоне давлений 13-я международная конференция студентов аспирантов и молодых ученых "Современная техника и технологии" Гомск, 2007 с 48-40

21 Жирков ИС, Медовник AB Образование зааиодной плазмы в форвакуумном электронном источнике и её влияние на нагрев эмиссионного электрода Материалы Всероссийской Научно-Технической Конференции "Научная Сессия ТУСУР 2007", Томск, 2007, с 300-303

22 Жирков И Г , Бурдовицкн В А , Оке Е М , Осипов И В Патент Российской Федерации на изобретение № 2306683 "Плазменный электронный источник"

Тираж 100 Заказ № 03 Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники 634050, г Томск, пр Ленина, 40

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ГЕНЕРАЦИЯ СФОКУСИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМ С ПЛАЗМЕННЫМ КАТОДОМ, ФУНКЦИОНИРУЮЩИХ В ОБЛАСТИ ПОВЫШЕННЫХ ДАВЛЕНИЙ ГАЗА.

1.1. Инициирование разряда низкого давления с полым катодом.

1.2. Формирование эмиссионной границы плазмы в источниках с высокой плотностью электронного тока.

1.3. Формирование узкосфокусированных пучков.

1.4. Источники электронов с плазменным катодом для генерации сфокусированных пучков при повышенных давлениях.

1.5. Выводы и постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.¡.Экспериментальный макет форвакуумного плазменного источника электронов на основе разряда с полым катодом.

2.2.Диагностика параметров электронного пучка и пучковой плазмы.

2.3.Особенности инициирования разряда в плазменном источнике электронов в области повышенных рабочих давлений.

2.4.Выводы.

ГЛАВА 3. ЭМИССИЯ ЭЛЕКТРОНОВ ИЗ ПЛАЗМЫ И ГЕНЕРАЦИЯ СФОКУСИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ В ФОРВАКУУМНОЙ

ОБЛАСТИ ДАВЛЕНИЙ.

3.1.Особенности формирования эмиссионной границы плазмы.

3.2.Влияние аксиально-симметричного магнитного поля на отбор электронов и электрическую прочность в ускоряющем промежутке.

3.3.Особенности генерации электронных пучков с высокой плотностью тока в форвакуумном диапазоне давлений.

3.4.Процессы, сопровождающие транспортировку электронного пучка.

3.5.Вывод ы.

ГЛАВА 4. ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ СФОКУСИРОВАННОГО ПУЧКА В ФОРВАКУУМНОЙ ОБЛАСТИ ДАВЛЕНИЙ.

4.1 .Конструктивные особенности электронного источника.

4.2.Тепловой режим электродной системы плазменного источника электронов.86 4.3.Эксплуатационные параметры и характеристики источников.

4.4.Некоторые применения источника.

4.5.Выводы

Способность источников электронов с плазменным катодом сохранять работоспособность в области повышенных давлений, а также в присутствии химически агрессивных сред, не только делает предпочтительным их использование в электронно-лучевых технологиях модификации поверхностных свойств материалов, но и значительно расширяет область применения электронных пучков. Одним из наиболее перспективных направлений развития источников электронов такого типа является «прорыв» в так называемую форвакуумную область давлений (порядка 1-15 Па), достигаемой при использовании лишь механических средств откачки. В проведенных ранее исследованиях была показана принципиальная возможность получения ускоренных электронных пучков в форвакуумной области давлений. В результате было создано несколько разновидностей форвакуумных плазменных источников электронов, обеспечивающих генерацию непрерывных пучков цилиндрической и ленточной конфигураций.

Ряд принципиальных технологических применений электронных пучков требует существенного повышения в форвакуумной области давлений удельных параметров воздействия электронов, например плотности мощности электронного пучка. Такая задача может быть, очевидно, решена в результате повышения плотности эмиссионного тока электронного пучка и его последующей фокусировки. По аналогии с плазменными источниками сфокусированных электронных пучков, функционирующими в традиционной области давлений (менее 0.1 Па), и для форвакуумной области принципиальным является ограничение размеров эмиссионной поверхности плазмы до минимально возможных значений. В предельном случае отбор электронов осуществляется из одиночного эмиссионного отверстия (канала). В форвакуумной области давлений при генерации сфокусированных электронных пучков следует ожидать проявления особенностей образования плазменной эмиссионной границы, отбора и ускорения электронов, формирования электронного пучка и его фокусировки, а также транспортировки пучка. Очевидно также, что достижение более высокой плотности мощности электронного пучка не может не влиять на электрическую прочность ускоряющего промежутка.

Таким образом, тематика диссертационной работы, посвященная исследованию особенностей генерации в форвакуумном плазменном источнике электронов сфокусированных электронных пучков, представляется, несомненно, актуальной.

Цель работы состояла в проведении комплекса исследований эмиссионных свойств плазмы, создаваемой в тлеющем разряде с полым катодом в форвакуумной области давлений, и рассмотрении особенностей генерации электронного пучка с высокой плотностью мощности. В задачу работы входило также создание на основе проведенных исследований плазменного источника электронов, способного генерировать в ранее недоступном форвакуумном диапазоне давлений сфокусированный электронный пучок с плотностью мощности не менее 50 кВт/см , достаточной для проведения процессов поверхностной обработки, плавки и испарения ряда материалов.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

1. Продемонстрирована возможность использования слаботочного высоковольтного тлеющего разряда, возникающего в ускоряющем промежутке форвакуумного плазменного источника электронов для инициирования основного разряда с полым катодом. Установлены основные закономерности и выявлены особенности инициирования, а также определены параметры, оказывающие влияние на эффективность инициирования.

2. Установлено положительное влияние продольного магнитного поля в ускоряющем промежутке на устойчивость функционирования и стабильность параметров форвакуумного плазменного источника электронов, а также на возможность увеличения мощности электронного пучка и повышения предельного рабочего давления источника.

3. Детально исследованы процессы формирования и транспортировки сфокусированного электронного пучка в форвакуумной области давлений. Описаны условия возникновения пучково-плазменного разряда в фокальной плоскости пучка, показано отрицательное влияние этого разряда на минимально достижимый диаметр пучка.

4. Показано, что в форвакуумном диапазоне давлений существуют ограничения, накладываемые на протяженность и диаметр эмиссионного канала, обусловленные снижением эффективности извлечения электронов и нарушением электрической прочности ускоряющего промежутка за счет порогового возрастания ионизационных процессов непосредственно в эмиссионном канале.

Научная и практическая ценность работы состоит в том, что:

1. Создан плазменный источник электронов, обеспечивающий в форвакуумной области давлений (1-15 Па) генерацию электронных пучков с током до 300 мА, энергией до 25кВ и плотностью мощности до 50 кВт/см2.

2. Существенно расширен диапазон возможных технологических применений плазменных электронных источников, в частности показана возможность использования разработанного устройства для инициирования плазмохи-мических реакций между парами обрабатываемых металлов и напускаемым в рабочий объем реактивным газом.

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

Содержание диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Определены основные закономерности и выявлены особенности инициирования разряда с полым катодом в плазменном источнике электронов, функционирующем в форвакуумной области давлений (1-15 Па). Показано, что возникающий в ускоряющем промежутке слаботочный высоковольтный тлеющий разряд может быть использован для эффективного инициирования основного разряда с полым катодом. Повышение ускоряющего напряжения, увеличение диаметра эмиссионного отверстия, а также рост давления газа и выбор рабочего газа, с большим коэффициентом вторичной ион-электронной эмиссии относительно материала катода, способствует данному способу инициирования.

2. Установлено положительное влияние продольного магнитного поля в ускоряющем промежутке на устойчивость функционирования и стабильность параметров форвакуумного плазменного источника электронов. На основании комплексных исследований процессов в ускоряющем промежутке показано что, в форвакуумной области давлений при отборе электронов из плазмы через одиночное эмиссионное отверстие, наложение продольного магнитного поля в области формирования и ускорения электронного пучка плазменного источника обеспечивает устойчивость границы приникающей в ускоряющий промежуток плазмы и ограничивает ее площадь. Это позволяет не только существенно повысить стабильность работы плазменного источника электронов в условиях существенного влияния на эмиссионные свойства плазмы обратного потока ионов, но и увеличить параметры электронного пучка, а также повысить предельное рабочее давление.

3. Показано, что в форвакуумном диапазоне давлений при отборе электронов из плазмы через одиночный эмиссионный канал, увеличение диаметра канала с целью обеспечения большей площади эмиссионной поверхности плазмы, а, следовательно, и большего тока пучка, возможно лишь при соответствующем удлинении канала. Однако такой способ повышения тока пучка имеет свои ограничения, обусловленные снижением эффективности извлечения электронов и нарушением электрической прочности ускоряющего промежутка за счет порогового возрастания ионизационных процессов непосредственно в эмиссионном канале.

4. Детально исследованы процессы формирования и транспортировки сфокусированного электронного пучка в форвакуумной области давлений. Описаны условия возникновения пучково-плазменного разряда в фокальной плоскости пучка, показано отрицательное влияние пучково-плазменного разряда, на минимально достижимый диаметр пучка. Показано, что возникновение, при превышении некоторого порогового значения плотности тока, пучково-плазменного разряда в фокальной плоскости пучка и соответствующее расширение энергетического спектра электронов приводит к их дополнительному рассеянию, что, в конечном счете, обуславливает возрастание диаметра пучка и, соответственно, снижение плотности его мощности. Способами подавления пучково-плазменного разряда являются повышение ускоряющего напряжения или увеличение давления рабочего газа, однако, эти возможности ограничиваются нарушением электрической прочности ускоряющего промежутка.

5. На основании проведенных исследований разработан плазменный источник электронов на основе разряда с полым катодом обеспечивающий при давлениях газа 1-15 Па генерацию сфокусированного аксиально-симметричного непрерывного электронного пучка током до 300 мА, энергией до 25кВ и плотностью мощности до 50 кВт/см2.

Достоверность и обоснованность результатов диссертационной работы подтверждается систематическим характером исследований, удовлетворительным совпадением экспериментальных и расчетных зависимостей и величин, использованием независимых дублирующих экспериментальных и расчетных методик, практической реализацией научных положений и выводов в конкретных разработках, используемых как в нашей стране, так и за рубежом.

Материалы диссертационной работы опубликованы в статьях [70, 72, 77, 79, 104, 106,107, 109], а также в трудах международных и отечественных конференций, симпозиумов и совещаний [71, 82, 85-88, 103, 105, 108, 110-113]. Одно из технических решений, положенное в основу созданных плазменных электронных источников, защищено патентом [83].

Результаты работ докладывались и обсуждались на XIII и XIV международном симпозиуме по сильноточной электронике (Томск, Россия, 2004 г. и 2006 г.), на 8 международной конференции по электронно-лучевым технологиям (Варна, Болгария, 2006), на международной конференции IEEE по физике плазмы и ее применениям ICOPS (Монтерей, США, 2005), на 34 международной конференции по физике плазмы (ЗР61, 2007, New Mexico, USA), на 10 международной конференции по плазме газового разряда и её применению (Томск, Россия, 2007 г.), на трех международных научно-практических конференций «Электронные средства и системы управления» (Томск, Россия,

2004г., 2005г. и 2007г.), на четвертой международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития» (Томск, Россия, 2007 г.) на 13-ой международной конференции студентов аспирантов и молодых ученых "Современная техника и технологии" (Томск, 2007 г.).

Созданные на основе проведенных исследований источники электронов с плазменным катодом используются на кафедре физики ТУСУР для проведения исследований и выполнения хоздоговоров и контрактов. Один из созданных плазменных источников электронного пучка поставлен в Болгарию, Институт электроники Болгарской Академии Наук, г. София, где он успешно применяется в исследованиях по осаждению покрытий полученных плазмохимическим способом. Другой источник поставлен в Израиль, Институт Технологий, г. Хайфа, для проведения исследований по испарению тугоплавких металлов. Результаты диссертационной работы, опубликованные в печати, использовались в лаборатории плазменных источников Института Сильноточной Электроники СО РАН.

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 им было разработано две конструкции источников остросфокусированного электронного пучка. Окончательная редакция защищаемых научных положений и выводов по работе осуществлялась совместно с научными руководителями при активном творческом участии соискателя.

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 ТУСУР за проявленный интерес и поддержку работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Глазунов В.Н., Метель A.C. Инверсия катодной полости тлеющего разряда в магнитном поле. ЖТФ, 1981. Т. 51, № 5. С. 932 939.

2. Бурдовидин В.А., Репин М.Ф. Ионный поток, формируемый разрядом с полым катодом. Тезисы докл. VII Всесоюзного симпозиума по сильноточной электронике. 4.1. Томск, 1988, с.110-112.

3. Райзер Ю.П. Физика газового разряда: учебное руководство.-М.:Наука.Гл.ред.физ,-мат. Лит., 1987.592 с.4.3авьялов М.А., Крейндель Ю.Е., Новиков A.A., Шантурин Л.П. Плазменные процессы в технологических электронных пушках. М. Энергоатомиздат. 1989. 256 с.

4. Крейндель Ю.Е. Плазменные источники электронов. М.: Атомиздат, 1977.

5. Метель A.C. Расширение рабочего диапазона давлений тлеющего разряда с полым катодом. ЖТФ. 1984. Т. 54. Вып. 2. С. 241 247.

6. Груздев В.А., Крейндель Ю.Е., Ремпе Н.Г., Троян O.E. Электронная пушка с плазменным эмиттером. Приборы и техника эксперимента. 1985. № 1, С. 140- 142.

7. Гаврилов Н.В., Каменецких A.C. Характеристики ионного источника с плазменным катодом и многополюсной магнитной системой удержания быстрых электронов. ЖТФ 2004 т. 74 вып. 9

8. Мартенс В.Я .Инициирование объемного разряда низкого давления в плазменном источнике электронов с ленточным пучком. ЖТФ 1999 т. 69 вып. 7

9. Данилин Б.С., Сырчин В.К. Магнетронные распылительные системы. М: «Радио и связь», 1982.

10. Девятков В.Н., Коваль H.H., Щанин П.М., Электронный газонаполненный диод на основе тлеющего разряда Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 5, с.20-24

11. В.И. Гушенец, H.H. Коваль, B.C. Толкачев, П.М. Щанин. Эмиссионные свойства плазменного катода на основе тлеющего разряда для генерации пучка электронов наносекундной длительности Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. 11, с. 62-65.

12. Белюк С.И., Крейндель Ю.Е., Ремпе Н.Г. Исследование возможности расширения области давлений рабочего газа плазменного источника электронов. ЖТФ, 1980, т. 50, с. 203-205.

13. Визирь A.B., Оке Е.М., Щанин П.М., Юшков Г.Ю. Несамостоятельный тлеющий разряд с полым катодом для широкоапертурных ионных источников. ЖТФ, 1997 т. 67 вып. 6

14. Крейндель Ю.Е., Мартене В.Я., Съедин В.Я. Исследование плазмы электронного эмиттера непрерывного действия с большой эмитирующей поверхностью./ Источники электронов с плазменным эмиттером. Новосибирск: Наука, 1983, с.25-33.

15. Крейндель Ю.Е., Мартене В.Я., Съедин В.Я., Гавринцев C.B. Электронная пушка непрерывного действия с плазменным катодом большой площади ПТЭ, 1982, №4, с.178-180.

16. Семенов А.П., Нархинов В.П. Плазменный эмиттер на основе тлеющего разряда в электродной структуре сетчатого и пластинчатого катодов большой площади//ПТЭ, 1996, №3, с.98-102,

17. Новиков A.A. Источники электронов высоковольтного тлеющего разряда с анодной плазмой. М.: Энергоатомиздат, 1983.

18. Абдуллин Э.Н. Исследование высоковольтной стадии вакуумного разряда для получения квазистационарных электронных пучков: Дисс. канд. физ.-мат. наук. Томск, 1983, - 128 с.

19. Удрис Я.Я., Гусева Л.Г., Чернов В.А., О некоторых свойствах высоковольтного тлеющего разряда с полым анодом. ЖТФ, 1966, XXXVI, стр. 1140.

20. 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, 2005. - 222 с.

21. Oks Е.М., Schanin P.M. Development of plasma cathode electron guns.//Physics of pi asmas. 1999, vol.7, no.5, pp. 1649-1654.

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

23. Ремпе Н.Г. Управление параметрами электронного эмиттера с плазмой, ограниченной пристеночным ионным слоем: Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук.-Томск,1985.-153 с.

24. Мытников А. В., Оке Е. М., Чагин A.A. Источник электронов с плазменным катодом для генерации пучков в форвакуумном диапазоне давлений // ПТЭ, 1998, № 2, с. 95-98.

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

26. Жаринов A.B., Коваленко Ю.А., Роганов И.С., Тюрюканов П.М. Плазменный эмиттер электронов с сеточной стабилизацией. 1 // ЖТФ, 1986, Т. 56, № 1, с. 66-71.

27. Галанский B.JL, Крейндель Ю.Е., Оке Е.М., Рипп А.Г., Щанин П.М. Эмиссионные свойства анодной плазмы дугового контрагированного разряда низкого давления // ЖТФ, 1987, Т. 57, № 5, с.877-882.

28. Галанский B.JL, Крейндель Ю.Е., Оке Е.М., Рипп А.Г. Анализ эмиссионных свойств плазменного катода// ЖТФ, 1987, Т.57, № 8, с Л 518-1521.

29. Жаринов A.B., Коваленко Ю.А., Роганов И.С., Тюрюканов П.М. Плазменный эмиттер электронов с сеточной стабилизацией. 2 // ЖТФ, 1986, Т.56, № 4, с. 687-693.

30. Кириченко В.И., Ткаченко В.М., Тютюнник В.Б., Влияние геометрических размеров, материала катода и рода газа на область оптимальных давлений тлеющего разряда с полым катодом, ЖТФ т.46, выпуск 9, 1976 г.

31. Острицкий И.В., Ткаченко В.М. Исследования глубины проникновения плазмы в катодную полость тлеющего разряда с цилиндрическим полым катодом, Известия ВУЗов, Радиофизика, т.ЗЗ, 1990 г.

32. Данилишин Д. Г., Бурдовицин В. А., Бурачевский Ю. А., Оке Е. М. Распространение плазмы в эмиссионном канале анодного электрода разрядной системы плазменного источника электронов. Изв. ВУЗов Физика, 2001, №5, с. 29-32.

33. Галанский B.JL, Груздев В.А., Зеленский В.И., Осипов И.В., Ремпе Н.Г. Параметры плазмы в эмиссионном канале плазменного эмиттера. ЖТФ, 1990. Т. 60, Вып. 4. С. 168 -170.

34. Бурдовицин В.А., Бурачевский Ю.А., Мытников A.B., Оке Е.М. О предельном рабочем давлении плазменного источника электронов на основе разряда с полым катодом // ЖТФ, 2001, Т. 71, в. 2, с. 48-50.

35. Семенов А.П., Эмиссия ионов из разряда с полым катодом в режимепроникновения плазмы в высоковольтный ускоряющий промежуток Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 4, с. 42-47.

36. Физика и техника мощных импульсных систем, под ред. Е.П. Велихова. М.: Энергоатомиздат, 1980

37. Hollow cathode plasma switch with magnetic field, United States Patent, number 5132597, Jul. 21 1992

38. Proskurovsky D.I., Rotshtein V.P., Ozur G.E., et al., Pulsed electron-beam technology for surface modification of metal. Journal of Vacuum Science & Technology, 1998. Vol. A 16(4), pp.2480-2488.

39. Bakish R. Electron Beam Melting 1995 2005. Proceedings of 7th International Conference on Electron Beam Technologies. Varna, Bulgaria 2003. P. 233 -240.

40. Grechanyuk N., Kucherenko P., Osokin V., et al. New Materials, Coatings and Electron-Beam Equipment for their Production. Proceedings of 7th International Conference on Electron Beam Technologies. Varna, Bulgaria 2003. P. 258 -264.

41. Источники заряженных частиц с плазменным эмиттером. Под ред. П.М. Щанина. Екатеринбург, УИФ «Наука», 1993, 146 с.

42. Osipov I., Rempe N. A plasma-cathode electron source designed for Industrial use. Review of scientific instruments. 2000.V. 71. No. 3. p. 1 4.

43. D. von Dobeneck. Economizing Electron Beam Welding for High Volume Production. Proceedings of 7th International Conference on Electron Beam Technologies. Varna, Bulgaria 2003. P. 185 -190.

44. Оке E.M. Основы физики низкотемпературной плазмы. Томск, ТАСУР, 1997.

45. Белюк С.И., Осипов И.В., Ремпе Н.Г. Промышленное применение электронных источников с плазменным эмиттером // Известия вузов. Физика. 2001. Т. 44. № 9. С. 7.

46. Rempe N.G. Industrial Use of Plasma-Cathode Electron Guns. Proceedings of 7th International Conference on Electron Beam Technologies. Varna, Bulgaria 2003. P. 144-150.

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

48. Молоковский С.И., Сушков А.Д. Интенсивные электронные и ионные пучки. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 303 с,

49. Груздев В.А., Крейндель Ю.Е., Ларин Ю.М. Отбор электронов из плазмы в присутствии газа в высоковольтном промежутке. Теплофизика высоких температур. 1973, т. 11, с. 482-486.

50. Алямовский И.В. Электронные пучки и электронные пушки. М: Советское радио, 1966.-456 с.

51. Абромян Е.А., Альтеркоп Б.А., Кулешов Г.Д. Интенсивные электронные пучки. -М.: Энергоатомиздат, 1983.-231 с.

52. Иванов А.А, Лейман В.И. О зажигании пучково-плазменного разряда мощным электронным пучком в газе большой плотности// Физика плазмы. 1977. Т.З, Вып.4. с.780-785.

53. W. Manheimer, R. Femsler, М. Lampe, R. Meger. Theoretical overview of the large-area plasma processing system (LAPPS). Plasma Sources Sei. & Technol., 2000, №9, c. 370386.

54. Крашенинников С. И., Никифоров В. А., Физико-химические процессы в стационарном плазменно-пучковом разряде // сб. Химия плазмы под редакцией профессора Смирнова Б. М., № 9, М.: Энергоиздат, 1982, с. 179-206.

55. Иванов А. А. Неравновесная плазма для химии // в сб. Итоги науки и техники, серия Физика Плазмы, Т. 3, с. 176-238.

56. Власенко С. И., Попович В. П., Харченко И. Ф., Формирование пучково-плазменного разряда при инжекции электронного пучка в поток газа // Физика плазмы, 1976, Т.2, № 2, с. 272-276.

57. Попович В. П., Харченко И. Ф., Шустин Е. Г. Пучково-плазменный разряд без магнитного поля// Радиотехника и электроника, 1973, Т. 18, № 3, с. 649-651.

58. Иванов А. А., Соболева Т. К., Юшманов П. Н., Перспективы использования плазменно-пучкового разряда в плазмохимии // Физика плазмы, 1977, Т.З, № 1, с. 152162.

59. Белюк С.И., Демидов В.М., Каплан A.A. Мощная электронно-лучевая сварочная пушка с плазменным эмиттером // Автоматическая сварка, 1982, № 1, с. 74-76.

60. Груздев В.А., Крейндель Ю.Е., Ремпе Н.Г., Троян O.E. Электронная пушка с плазменным эмиттером // ПТЭ, 1985, № 1, с. 140-142.

61. Ильюшенко В.В., Ремпе Н.Г. Сильноточный электронный источник с плазменным эмиттером // ПТЭ, Т. 37, № 4, с. 73-77.

62. Мытников A.B. Плазменный источник электронов на основе разряда с полым катодом для генерации пучков в форвакуумном диапазоне давлений: дисс.канд.техн.наук, Томск, ТУСУР, 2002.

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

64. Бурдовицин В.А., Куземченко М.Н., Оке Е.М. Плазменный электронный источник. Патент России № 2215383.

65. Жирков И.С., Федоров М.В. Осипов И.В. Бурдовицин В.А., Оке Е.М. Источник электронов с плазменным катодом для генерации сфокусированного пучка в форвакуумном диапазоне давлений. Приборы и техника эксперимента, 2005, №6, с.66-68.

66. Жирков И.С. Повышение токовой эффективности плазменного источника электронов. Материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУСУР 2006», Томск, 2006, с.324 -326

67. Жирков И.С., Бурдовицин В.А., Оке Е.М., О влиянии продольного магнитного поля в ускоряющем промежутке на предельные параметры плазменного источника электронов в форвакуумной области давлений Журнал технической физики, 2007, том 77, вып. 9 с. 115-119

68. Афанасьев В.П., Явор С.Я. Электростатические анализаторы для пучков заряженных частиц. М.: Наука, 1978.

69. Hughes A., McMillen J. Re-focussing of electron paths in radial electrostatic field.// Physical Review, 1929, p. 291.

70. M. Galonska, R. Hollinger and P. Spaedtke. Charge sensitive evaluation and electron energy distributions of a vacuum arc plasma.// Rev.Sci. Instrum. 2004, Vol.75., No.5, pp.l 592-1594.

71. Афанасьев В.П. Электронная и ионная спектроскопия твердых тел. Соросовский образовательный журнал//1999. №2, с. 110 116.

72. Жирков И.С. Бурдовицин В.А., Оке Е.М., Осипов И.В. Особенности формирования узкосфокусирован-ных электронных пучков, генерируемых источником с плазменным катодом в форвакуумном диапазоне давлений ЖТФ, 2006, том 76, выпуск 6 с. 106-111.

73. Диагностика плазмы. Под ред. Хаддлстоуна Р. и Леонарда С. Мир. М. 1967. С. 102.

74. Жирков И.С., Бурдовицин В.А., Оке Е.М., Осипов И.В. Инициирование разряда в плазменном источнике электронов с полым катодом ЖТФ, 2006, том 76, выпуск 10, с 128-132.

75. Добрецов Л.Н., Гомоюнова М.В. Эмиссионная электроника.I