Разработка и создание компактного источника экстремального ультрафиолетового излучения на малоиндуктивных капиллярных разрядах

Большаков, Евгений Павлович

Разработка и создание компактного источника экстремального ультрафиолетового излучения на малоиндуктивных капиллярных разрядах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

Большаков, Евгений Павлович АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2006 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.13 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Разработка и создание компактного источника экстремального ультрафиолетового излучения на малоиндуктивных капиллярных разрядах»

Автореферат диссертации на тему "Разработка и создание компактного источника экстремального ультрафиолетового излучения на малоиндуктивных капиллярных разрядах"

На правах рукописи

Большаков Евгений Павлович

Разработка и создание компактного источника экстремального ультрафиолетового излучения на малоиндуктивных капиллярных разрядах

01.04.13 - Электрофизика, электрофизические установки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2006

-/5?? и А. — -??<!/-

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова».

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Бурцев В. А.

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки РФ доктор технических наук, профессор Баранов Г. А.

Ведущая организация:

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Кулаков С. Л.

Институт электрофизики и электроэнергетики РАН, г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится « 05 » июля 2006 года в « 13 » часов на заседании диссертационного совета № Д201.006.01 при Федеральном государственном унитарном предприятии «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова» в помещений Дома ученых НИИЭФА (196641, г, Санкт-Петербург, п. Металлострой, ул. Полевая, д. 12).

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного унитарного предприятия «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова».

Автореферат разослан » ^ фоб г. Ученый секретарь диссертационного совета

Доктор технических наук,

профессор Шукейло И. А

Чл^А-^^иЛЛО

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Использование быстрых электрических капиллярных разрядов для получения неравновесной плазмы многозарядных ионов является одним из основных путей создания компактных и недорогих источников когерентного, частично когерентного и некогеренгного экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения. Под термином компактный источник понимается прибор, размещаемый на оптическом столе (table-top). Необходимая для различных применений степень когерентности определяется соотношением длины капилляра и расстоянием, на котором происходит насыщение интенсивности волны излучения.

Импульсно-периодический источник некогерентного ЭУФ излучения на коротком капилляре (/ ~ 1см) успешно развивается в Японии для целей проекционной литографии на длине волны 13.5 нм в качестве альтернативы лазерно-создаваемому источнику. Настоящая диссертационная работа связана с развитием компактных частично когерентных и полностью когерентных источников ЭУФ излучения (лазеров) на основе длинных капилляров, что является значительно более трудной задачей. Впервые возникновение лазерной генерации на переходе 3p-3s Ne-подобного аргона (Я. = 46.9 нм) в источнике на капиллярных разрядах было зарегистрировано исследовательской группой под руководством J. Rocca в 1994 г. в Колорадском Государственном Университете, США. В процессе исследования и развития этого лазера энергия генерации была доведена до рекордной в мире величины 0,88 мДж, а средняя мощность до 3,5 мВт при частоте повторения импульсов до 4 Гц. Причем было детально исследованы лазерные свойства излучения (расходимость, пространственная когерентность, поляризованность).

Проведенные исследования лазерных характеристик показали, что подобные устройства позволяют получать ЭУФ излучение с расходимостью менее 5 мрад, с круговой поляризацией и полной пространственной поперечной когерентностью в пределах луча. Это дало возможность успешно продемонстрировать их применимость во многих областях науки, в том числе для интерферометрической диагностики плотной плазмы в термоядерных и прикладных исследованиях при фокусировке лазерного луча на мишени. Доказана применимость ЭУФ лазеров для интерференционной литографии в наноэлектронике, для измерения оптических констант, для абляции различных материалов, для определения характеристик мягкой рентгеновской оптики и т.д. В то же время эффективность подобных лазеров оказывается чрезвычайно низкой (ц ~ 10"5), что приводит к энергетической перегрузке и, соответственно, к малому времени жизни капиллярных трубок, недопустимому для практических применений. Эта проблема усугубляется при продвижении в сторону более коротких длин волн, требующих еще более высоких удельных мощностей накачки.

При создании импульсных систем питания капиллярных разрядов обычно используются генераторы наносекундных высоковольтных импульсов, в разработке которых накоплен богатый опыт в области сильноточной электроники рядом научных центров, в том числе НИИ ЭФА. В диссертационной работе с использованием этого опыта решается задача системной разработки импульсных систем питания согласованно с капиллярными нагрузками с тем, чтобы минимизировать неиспользованную в процессе накачки активной среды часть первоначально запасенной энергии. Этим решается проблема увеличения эффективности источников излучений и срок службы трубок, что подтверждает актуальность работы.

Актуальность диссертационной работы подтверждается также тем, что она выполнялась по Проекту Международного Научного Технологического Центра (МНТЦ) 0991 «Физика и техника формирования рисунка нанометрового масштаба больших интегральных схем на основе взаимодействия интенсивного ЭУФ излучения с веществом», поддержанного японской стороной.

Цель работы

Основной целью работы является создание компактного импульсного источника ЭУФ излучения на основе малогабаритного многоканального генератора высоковольтных импульсов, длинной транспортирующей кабельной линии и малоиндукгивной капиллярной нагрузки, а также проведение модельных численных и экспериментальных исследований, подтверждающих работоспособность общей концепции источника излучений.

Д ля достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

• разработать и промоделировать компактный многоканальный генератор наносекундных высоковольтных импульсов на основе двойной накопительно-формирующей искусственной линии (ДФЛ) с бумаго-масляным диэлектриком, коммутирующего рельсового газового разрядника с искажением электрического поля и обостряющего газового коммутатора;

• разработать и испытать малоиндуктивную конструкцию подсоединения транспортирующих кабелей к капиллярной нагрузке с тесным расположением обратного коаксиального токопровода, оставляющей свободными оба торца трубки для диагностических и технологических целей;

• исследовать на модельном однокабельном источнике эффективность предварительной ионизации газа в капилляре с помощью бегущей волны скользящего разряда;

• исследовать на модельном источнике электрофизические и излучательные характеристики основного разряда, возникающего при достижении бегущей волной скользящего разряда выходного электрода;

• провести испытания полномасштабного источника ЭУФ излучения, доказывающего его работоспособность и правильность выбранного направления.

Научная новизна

1. Впервые разработан и создан компактный элекгроразрядный источник ЭУФ излучения на базе генератора высоковольтных импульсов, в котором использована малогабаритная двойная накопительно-формирующая искусственная линия с бумаго -м аслян ым диэлектриком, допускающая зарядку непосредственно от выпрямителя умеренно высокого напряжения (< 100 кВ).

2. Впервые в системе импульсного питания источника во избежание влияния отраженных волн на процесс накачки активной среды кроме ДФЛ использована длинная транспортирующая линия с длительностью двойного пробега волны напряжения, превышающей длительность высоковольтного импульса (ти ~ 100 не).

3. Впервые разработан токосборный узел источника с восемью кабельными высоковольтными разъемами, выдерживающими импульсное напряжение до 200 кВ и оставляющий свободными оба торца капиллярной трубки для диагностических и технологических целей.

4. Впервые для импульсных ЭУФ источников реализована рабочая схема, в которой предварительная ионизация активной среды производится бегу щей волной скользящего лавинного разряда при напряжении, примерно равном двойному напряжению падающей волны (режим разомкнутой линии), а основной разряд накачки осуществляется при токе, стремящемся к двойному току падающей волны (режим короткого замыкания).

5. Впервые разработана модель малоиндукгивной капиллярной нагрузки в виде искусственной линии, звенья которой соответствуют усредненной глубине проникновения электрического поля в капилляр. В звенья включены коммутаторы, запускаемые последовательно в соответствии с движением волны лавинного разряда вдоль капилляра.

6. Экспериментально и численно показано влияние фазы скользящего разряда на обострение тока основного разряда.

7. Впервые получен лазерный эффект на полномасштабном малоиндукгавном источнике на неоно-лодобном аргоне (длина капилляра 10 см). При этом использовались бегущая волна скользящего разряда для предварительной ионизации газа в пристеночной области трубки и основной ¿-разряд для столкновительной ионизационной накачки активной среды.

Практическая значимость работы 1. Исследования основного разряда в модельном источнике излучения при изменении давления газа на шесть порядков показали, что малоиндуктивный капиллярный разряд представляет универсальный источник коллимированного излучения от жесткого рентгеновского до видимого красно-оранжевого диапазонов, включая ЭУФ. Перестройка источника на нужный диапазон спектра достигается простым изменением начального давления газа. Этот результат может быть использован при создании много-диапазонного источника коллимированного излучения для биофизики, бактериологии и других областей науки.

2. Рассматривается использование созданного компактного полномасштабного источника когерентного излучения на неоно-подобном аргоне с длиной волны генерации 46.9 нм для проведения демонстрационных экспериментов совместно с ФИ АН по ЭУФ проекционной микроскопии биологических и наноэлектронных объектов с субмикронным разрешением.

3. Становится возможным разработка более коротковолнового, 13.4 нм ЭУФ лазера на водородо-подобном азоте с использованием опыта разработки малоиндуктивного капилляра, запитываемого от импульсного генератора, содержащего искусственную накопительно-формирующуто линию с бумаго-масляным диэлектриком.

На защиту выносятся следующие положении:

1. Результаты разработки компактного источника коротковолнового излучения на основе высоковольтного наносекундного генератора, содержащего компактную двойную накопительно-формирующую искусственную линию с бумаго-масляным диэлектриком, длинной транспортирующей линии и малоиндуктивной капиллярной нагрузки с радиально расположенными кабельными разъемами.

2. Методика моделирования и оптимизации переходных процессов, происходящих при запитывании малоиндуктивной капиллярной нагрузки от импульсного генератора через длинную транспортирующую линию с учетом параметров капиллярной нагрузки в виде искусственной коммутируемой специальным образом линии.

3. Результаты экспериментального исследования зависимости времени распространения бегущей волны скользящего лавинного разряда вдоль капилляра от начального давления газа при изменении его от 0.001 до 1000 Topp.

4. Результаты оптических исследований основного разряда в модельном источнике от давления газа и напряжения в падающей волне.

5. Результаты испытания полномасштабного источника ЭУФ излучения на неоно-подобном аргоне.

Апробация работы и публикации

Основные положения работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной и восьми Международных научных конференциях: 2-ой Всесоюз. конф. по инженерным проблемам термоядерных реакторов. Л.: НИИЭФА, 1982; Pulsed Power Plasma Science Conference PPPS-2001 (June 17-22, 2001, Las Vegas, Nevada, USA); 25-tli Intern. Power Modulator Symposium and 2002 High-Voltage Workshop (2002, Hollywood, California, USA); 9-th Intern. Conference on x-ray lasers ICXRL-2004 (23-28 May 2004, Beijing, China); 15-th Intern. Conf. on high power particle beams BEAMs-2004 (18-24 July, 2004, St.-Peiersburg, Russia); XX Международная конференция «Взаимодействие интенсивных потоков энергии с веществом» (28 февраля - 6 марта 2005 г., п. Эльбрус, Россия); Pulsed Power Conf., РРС-2005 (July 13-18, 2005, Monterey, USA); International Conferences "Micro- and nanoelectronics - 2003" (October 6-10,

2003. Zvenigorod, Moscow region, Russia), "Micro- and nanoelectronics - 2005" (October 3-7, 2005, Zvenigorod, Moscow region, Russia), а также опубликованы в 14 работах.

Структура и объём работы

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (названий). Общий объём работы - 198с.

Краткое содержание работы

Во введении показана актуальность темы работы, сформулированы ее основная цель, научная новизна, практическая значимость, защищаемые положения. В первой главе представлен обзор известных и возможных применений электроразрядных источников коротковолнового ЭУФ излучения, основных направлений развития ЭУФ лазеров. Проанализированы преимущества и недостатки используемых схем высоковольтного импульсного питания электроразрядных источников коротковолнового излучения. Практически на всех экспериментальных установках форма тока разряда представляет затухающую синусоиду с периодом ~ 100 не (даже при применении формирующих линий) с наносе кундньм импульсом генерации перед первым максимумом тока. Диаметр обратного токопровода значительно превышает внешний диаметр диэлектрического капилляра. Это приводило к значительному увеличению индуктивности электроразрядной нагрузки и ухудшению согласования ее с импульсным источником питания, но, тем не менее, давало возможность электрическому полю проникать в область капилляра. Для формирования предварительной плазмы в рабочем газе капиллярной трубки авторами используются дополнительные системы предварительной ионизации, что давало возможность зажигать обычный тлеющий разряд при довольно низких напряжениях. Однако в этом случае значительно усложняется схема элекгроразрядных установок, а главное, отсутствие согласования капиллярной нагрузки с импульсным генератором приводило к низкой эффективности источника и малому сроку жизни трубок.

Этот анализ позволил сформулировать основную цель работы, задачи разработки и наметить основной подход к ее выполнению. Этот подход заключается в использовании малоинду ктивных капиллярных трубок с тесным расположением обратного коаксиального токопровода, в применении для предварительной пристеночной ионизации газа бегущей волной скользящего лавинного разряда при почти двойном напряжении падающей волны. Для столкновительной ионизационной накачки активной среды данный подход предусматривает использование основного сильноточного z-разрада, возникающего при достижении волной напряжения выходного электрода, с током, стремящимся к двойному току падающей волны. Кроме того, при разработке импульсного генератора предлагалось использовать двойные накопительно-формирующие искусственные линии с бумаго-масляным

диэлектриком, допускающими зарядку непосредственно от выпрямителя напряжения без использования генератора Маркса.

Во второй главе представлены результаты разработки и исследования многоканального генератора высоковольтных импульсов (рис. 1) на основе искусственной ДФЛ с бумаго-масляной изоляцией, разработанной и изготовленной в Санкт-Петербургском Техническом Университете на кафедре ТВН. Линия рассчитана на напряжение 100 кВ и в согласованном режиме обеспечивает <}юрмирование импульса длительностью ~ 100 не на полувысоте. ДФЛ состоит из двух линий, каждая из которых содержит в себе четыре симметричных ЬС звена с параметрами: Х0 = 50 нГ, С0 - 3.12 нФ и обладает волновым сопротивлением р0 = 4 Ом. Конденсаторы звеньев выполнены из последовательно соединенных рулонных секций, выполненных по технологии малоиндуктивных импульсных сильноточных конденсаторов.

Инициирование пробоя основного газового разрядника осуществляется с помощью одноканального 25 кВ генератора на тиратроне ТГИ-25/1000 через повышающий кабельный трансформатор Т с коэффициентом передачи, равным 1/3. Трансформатор с низким рассеянием выполнен на двух ферритовых кольцевых сердечниках размером 0120/080x20 с обмоткой из 75 Ом коаксиального кабеля.

Газовые разрядники (пусковой и обостряющий) представляют собой трехэлектродные линейные коммутаторы рельсового типа, управляемые по принципу искажения электрического поля. Для обеспечения многоканального режима работы токового разрядника управляющий электрод выполнен в

(- 25 кИ)

I ОУР!

Одноканальный генератор

»11

(- ИЮ кН) Мшкюканальяый генератор

] т.....Т-Т ,6 к

Рис. 1. Схема наносекундного генератора высоковольтных импульсов с тиратронным генератором для его запуска.

виде заостренной пластины с радиусом скругления острой кромки ~ 0,5 мм. Острая кромка управляющего электрода профилирована пазами квадратной формы, при этом шаг расположения пазов равен их двойной ширине, а расстояние между острыми кромками равно величине зазора между управляющим и основными электродами.

Разброс задержки срабатывания разрядников не превышал 10 не. Генератор обеспечивает на согласованной нагрузке напряжение с амплитудой до 100 кВ

при длительности на полувысоте ~ 100 не и временем нарастания ~ 8 не. Увеличение давления в обостряющем разряднике с 0,2 до 0,5 МПа приводит не столько к изменению длительности фронта импульса на нагрузке, сколько к возрастанию напряжения сразу за фронтом (Рис.2).

По результатам численного моделирования переходных процессов в эквивалентной схеме генератора в согласованном режиме и режиме холостого хода проведена оптимизация элементов газовых разрядников и ошиновки генератора. Как и предполагалось, существенное сокращение фронта импульса выходного напряжения происходит при увеличении задержки срабатывания

Рис. 2. Осциллограммы импульса напряжения на согласованной нагрузке (Я ~ 9 Ом). 1 - 0,2 МПа, 2 - 0,ЗМПа, 3-0,4 МПа, 4 - 0.5 МПа 5 - течет. ип =80 кВ. до 11.3 не достигается при изменении момента задержки от 50 до 110 не, соответственно. Наиболее оптимальные параметры генератора соответствуют задержке 90 не. Амплитуда напряжения на выходе генератора в холостом режиме составляет 164 кВ при зарядном напряжении линий - 80 кВ. При этом напряжение на согласованной нагрузке составляет 81.7 кВ с длительностью фронта 12.0 не, амплитуда тока в нагрузке 9.6 кА. Сравнение расчетных и экспериментальных осциллограмм напряжения показало достаточно хорошее совпадение, что дало возможность расчетным путем получить рекомендации по улучшению выходных параметров генератора, в том числе длительности фронта выходного напряжения. Часть этих рекомендаций, в том числе уменьшение индуктивности ошиновок разрядников была реализована путем модернизации генератора.

В третьей главе дано описание основных технических и конструкторских решений, принятых при разработке полномасштабного источника коротковолнового излучения. Основными элементами источника являются многоканальный генератор наносскувдных импульсов, кабельная передающая линия (10 м, 9 Ом), токосборный узел, капиллярная нагрузка, камера взаимодействия, система наполнения газом, узел дифференциальной откачки и коллимирования регистрируемого луча, вакуумная система, дрейфовый канал и различная диагностическая аппаратура.

Основным, в определенном смысле, противоречивым требованием для малоиндуктивных капилляров является снижение индуктивности подвода энергии к капилляру при достаточной электрической прочности изоляции в условиях высокой компактности конструкции. В источнике это требование удалось выполнить с помощью радиального размещения кабельных вводов достаточно малой длины для подвода энергии к дисковому токосборному

Рис. 3. Токосборный узел элекгроразрядного источника

коллектору (рис. 3). Источник достаточно компактен, размещается на оггтическом столе.

Для изоляции токосборного коллектора используются фторопласт и полиэтиленовые пленки (120 мкм), что позволяет обеспечить необходимую электрическую прочность (в импульсе до 200 кВ), значительно сократить

размеры и, соответственно, индуктивность подвода энергии к капилляру. Применение пленочной изоляции между токосборным коллектором и заземленным фланцем дает возможность вводить в электрическую схему импульсного источника обостряющую емкость величиной от 0,1 до 1 нФ. Место сращивания радиально расположенной пленочной изоляции и керамической трубки капилляра производилось с помощью вакуумной резины и электротехнического вазелина.

Оплетки кабелей соединены с внешним заземленным корпусом токосборника, а жилы - с высоковольтным дисковым коллектором, на оси которого установлен катод и керамический капилляр (АЬОз) длиной 100 мм и диаметрами 5.5/10.5 мм. Анод капилляра соединен с заземленным корпусом токосборного узла обратным токопроводом в виде цилиндра с внутренним диаметром 11 мм. Электроды капилляра (катод и анод) имеют острые кромки в виде внутреннего конуса и отверстия.

С учетом результатов расчета электростатических полей оптимизированы элементы высоковольтной структуры токосборного узла, в том числе высоковольтного коллектора, элементов кабельных вводов и т.д. Для контроля разрядного тока капилляра используются интегрирующий пояс Роговского с временем отклика <3 не и малоиндуктивные шунты, установленные в обратном токопроводе. При наладке контроль напряжения падающей волны осуществляется омическим делителем, установленным в одном из кабельных вводов.

С учетом расчетных входных параметров капиллярной нагрузки проведено численное моделирование переходных процессов в эквивалентной схеме замещения (рис. 4). При этом использовались как модель реального импульсного генератора, так и модель идеального генератора трапециидальных импульсов с амплитудой и о - - 60 кВ, длительностью фронта и спада 10 не, длительностью плоской части вершины 100 не. Генератор включался на капиллярную нагрузку через транспортирующую идеальную линию Т1 с волновым сопротивлением 10 Ом и электрической длиной 100 не. Токосборный узел имитировался

Рис. 4. Эквивалентная схема расчета переходных процессов (VI - генератор трапецеидальных импульсов).

индуктивностью 1;/ и емкостью между высоковольтным диском и корпусом токосборника С?, которая могла меняться между 0.1 и 1нФ. Капиллярная

нагрузка учитывалась в схеме через постоянную индуктивность Ь^, определяемую размерами керамической трубки, и активным сопротивлением являвшимся параметром задачи.

Моделирование проводилось при сопротивлении нагрузки (К!) 1, 10 и 100 Ом. Для согласованного режима (10 Ом) расчетные значения амплитуды тока - 6 кА, напряжения - 60 кВ, длительность фронта ~ 12.9 не. При уменьшении сопротивления до 1 Ом импульс тока имеет увеличение амплитуды на фронте до 13.8 кА с последующей плоской частью при 11 кА, импульс напряжения также имеет бросок до 30 кВ и плоскую часть при 11 кВ. В этом случае длительность фронта импульса тока составляет 9.5 не, напряжения - 7.3 не. Для варианта с сопротивлением Л/ = 100 Ом амплитуда тока уменьшается до 1 кА,. амплитуда напряжения возрастает до 109 кВ при длительности фронта импульсов ~ 21.6 не.

Анализ результатов численного моделирования импульсного генератора с длинной транспортирующей линией на постоянную нагрузку позволяет сделать следующие выводы:

• при сопротивлении нагрузки Я1, значительно превышающем сопротивление транспортирующей линии, напряжение на входе капилляра возрастает до удвоенного значения напряжения генератора;

• при сопротивлении нагрузки К1, меньше сопротивления транспортирующей линии, ток в капилляре возрастает до удвоенного значения относительно согласованного режима.

Первый режим соответствует скользящему лавинному разряду и об этом будет более подробно говориться в следующей главе. Второй режим имитирует основной разряд при постоянных параметрах.

Исследовано также влияние параметров нагрузки на длительность фронтов напряжения и тока в капилляре. Известно, что при включении линии на постоянную индуктивность при идеальной ступенчатой форме напряжения постоянная нарастания тока определяется соотношением г = 1/р. В данном случае г ~ 1,5 не, что вполне допустимо при проведении экспериментов на полномасштабном источнике. Однако при длине капилляра 30-40 см, как в работе Рокка или Томасетги (Университет Д Акуила, Италия), повторившем его результат, возникает проблема получения наносекундного фронта разрядного тока и ее не решить обострением напряжения в генераторе. В случае малого коэффициента усиления ЭУФ излучения придется переходить к капиллярам большего диаметра, но теперь возникают вопросы уже физического характера и необходимы соответствующие исследования, которые выходят за рамки данной диссертационной работы.

Поскольку реальное сопротивление плазмы оказывается масштаба 1 мОм, что существенно меньше волнового сопротивления линии, то принципиально важным является изучение влияния на переходные процессы переменной составляющей индуктивности нагрузки, связанной с пинчеванием г-разряда. Вторым еще более важным является вопрос о влиянии длительности переднего

фронта падающей волны напряжения на эффективность работы магнитного поршня в плазме капиллярного разряда.

В связи с этим было выполнено численное моделирование капиллярного разряда на основе классического «снежного плуга» с учетом импульсной системы питания. Расчеты проводились применительно к полномасштабному источнику с транспортирующей линией. Напряжение генератора задавалось ступенчатой функцией с переменной длительностью переднего фронта, капилляр наполнялся аргоном. Смысл такого моделирования заключался в том, чтобы плазменный слой ускорялся магнитным поршнем с давлением, наиболее близким к максимальному. Проведенные расчеты показали, что для более эффективного ускорения плазменного слоя магнитным поршнем необходимо применять импульсное напряжение со временем нарастания ~ 1 не, иначе разрядный ток не успеет нарасти до значений, близких к двойному току в падающей волне, из-за увеличения индуктивности разряда вследствие пинчевания.

В четвертой главе содержатся сведения о разработке и исследованиях модельного электроразрядного источника, на котором проводились эксперименты по исследованию процессов формирования и распространения скользящего разряда в капилляре при различных давлениях газа (воздух, аргон) и зарядного напряжения наносекундного генератора. Для модельного источника использовался один из восьми выходных транспортирующих кабелей

Рис. 5. Однокабельный модельный электроразрядный источник. 1 - коаксиальный кабель, 2 - блок датчиков, 3 - катод, 4 - капилляр, 5 - анод, 6- камсоа 7 - квашевое стекло генератора. Длина керамических трубок составляла 50, 100 и 150 мм, что имитировало будущие эксперименты на полно-масштабном источнике по изменению коэффициента усиления при различных длинах капилляра. При экспериментах с аргоном модель была оснащена небольшой вакуумной камерой с кварцевым стеклом (рис. 5).

При тесном расположении коаксиального обратного токопровода

относительно диэлектрической трубки ограниченное проникновение электрического поля в капилляр исключает применение дополнительных продольных разрядов для предварительной ионизации газа из-за невозможности электрического пробоя длинных газовых промежутков при умеренных напряжениях. Именно в этих условиях становится весьма эффективным скользящий поверхностный разряд, питаемый от длинной линии и развивающийся в виде бегущей волны напряжения. Подобный разряд успешно исследовался в свое время в Санкт-Петербургском Техническом Университете профессором П.Н. Дашуком применительно к электроразрядным источникам излучений.

На вставке Рис.6 приведены характерные осциллограммы разрядного тока капилляра 1сар и напряжения на входе капилляра итр при давлении р0 ~ 0.01 Topp Ar. Фаза А трактовалась как фаза скользящего разряда, которая после достижения его фронтом выходного электрода переходила в фазу основного

Р, Topp

Рис.6. Зависимость времени пробега фронта скользящего разряда от давления аргона.

1-4 - ветви широко-диапазонной экспериментальной кривой. И, III, IV - расчетные зависимости для отдельных диапазонов давления. Uinc=- 60 kB.

разряда. Этот разряд характеризуется значительно большим током и резким срезом напряжения на входе капилляра.

Исследование зависимости времени задержки развития основного разряда х от начального давления аргона показало наличие широкого минимума в диапазоне 1 100 Topp (рис.6). Скорость распространения фронта скользящего разряда в этом минимуме достигает при напряжении падающей волны Uinc = 60 kB максимального значения ~ 109 см/с. При давлении ниже 10'1 Topp (кривая 1) наблюдается насыщение зависимости на уровне ~ 30 не. Это вакуумный скользящий разряд, зависящий от пристеночных явлений (испарение поверхностных пленок, эрозия стенки керамики). С увеличением давления задержка быстро сокращается (кривая 2), доходя до минимума - 5 не. В последующем она снова увеличивается до - 20 не (кривая 3), но при приближении давления к атмосферному опять наблюдается падение задержки.

Изменение напряжения падающей волны в диапазоне Utnc = 40 - 70 kB не

сопровождается большими изменениями зависимостей типа X — f{p,Ujnc) за исключением участка I, соответствующего начальному давлению аргона менее 0.1 Topp. В то же время, формы временных зависимостей разрядного тока 1сар и напряжения на входе капилляра Ucap, существенно зависят как от давления газа, так и от напряжения. Зарегистрировано обостряющее действие на основной ток фазы скользящего разряда, которое проявляется более явно, когда длительность задержки т имеет большие значения.

На основе анализа элементарных процессов, происходящих в разрядной трубке, было найдено объяснение обнаруженному характеру зависимости времени пробега фронта скользящего разряда от давления и напряженности электрического поля. Как показал расчет электростатического поля в капилляре, касательная составляющая напряженности падает в е раз на расстоянии, примерно равном внутреннему диаметру трубки D. Это позволило предложить В.А. Бурцеву упрощенную физическую модель скользящего разряда, заменив экспоненциальное распределение поля постоянным распределением с равными площадями. В этом случае электроны, эмитированные с острой кромки кольцевого высоковольтного электрода, будут совершать электрический дрейф вдоль трубки со скоростью Udr. Время движения фронта лавинного разряда до переднего края распределения поля составит величину D/ujr. Считается, что в этот момент начинается заряд керамического коаксиального конденсатора длиной D с постоянной времени ~pC;D, где С/ - погонная емкость. В результате этого заряда потенциал острой кромки электрода перемещается на глубину D, а электрическое поле заполнит следующий интервал D. Электроны лавин продолжат дрейф вдоль трубки и подобный процесс будет повторяться п = U D раз, пока лавинный фронт не достигнет выходного электрода. В данной модели полное время распространения скользящего разряда до выходного электрода будет определяться выражением:

т * (D/u Jr + pC,D)n = I / и* + pCcap (1)

Первый член этого выражения, имеющий дрейфовую природу, будет зависеть от давления и вида рабочего газа, от напряженности электрического поля. После ряда преобразований можно получить выражение для дрейфового члена времени распространения лавинного (таунсендовского) разряда

Г* *20io,G^, (2)

где ое - средняя тепловая скорость электронов, см/с; <Уеа - сечение взаимодействия электронов со средней тепловой скоростью с атомами газа, см2, р/Е - параметр, Торр-см/В. Второй член не зависит от газовых параметров и для проводившихся экспериментов составлял 0.75 не, что обычно представляло малую часть полного времени пробега фронта волны кроме минимума на Рис.6.

Для давлений 1-300 Topp основным процессом взаимодействия электронов с атомами газа при выбранной средней напряженности поля следует считать упругие столкновения. Расчетная кривая III была получена, использовав опубликованные экспериментальные данные для транспортного сечения

электронов <Jtr — f{se) и их средней энергии ее — f{E! jр), где ёеа в эВ.

Как можно видеть, совпадение с экспериментом довольно хорошее, учитывая приближенность предложенной модели.

Ветвь 4 проявляется при р > 300 Topp, когда средняя тепловая скорость

начинает соответствовать левой ветви <Jtr = f{ßt). В этом случае увеличение

давления приводит к уменьшению средней энергии электронов и сечения рассеяния и, следовательно, времени распространения фронта скользящего разряда. Для этого диапазона получена расчетная кривая IV, также хорошо совпадающая с экспериментальной кривой 4,

Что касается части 2 графика тл. = /(р), то в данном диапазоне

давлений при выбранной средней напряженности поля Ё ~ 5-105 В/см основным видом взаимодействия электронов с атомами газа являются неупругие столкновения, в первую очередь ионизационные удары. Из-за очень высоких значений Е/р сечение ионизации сх, = f (£е) сильно уменьшается, и электроны

уходят в режим ускорения. При этом не удается объяснить увеличение времени распространения скользящего разряда при уменьшении давления газа. Однако, если применить замену экспоненциального распределения напряженности поля вдоль поверхности камеры не на эквивалентное однородное распределение, а на комбинацию узкой зоны сильного поля и широкой зоны относительно слабого поля, то можно получить нужное решение. Узкая зона дает быстрые электроны, которые ударяясь в стенку, дают медленные вторичные электроны. Эти электроны, дрейфуя в зоне слабого поля, рождают лавины с сильным размножением. Средняя тепловая скорость электронов соответствует левой

1 7

части зависимости <у) = что и определяют характер зависимости

хаг — /(р) в рассматриваемом диапазоне давлений (сравнить II и 2 кривые).

С использованием предложенной модели было предпринято численное исследование вопросов согласования капиллярной нагрузки с передающей линией. Схема замещения капилляра (Рис. 7) представляет собой искусственную коммутируемую линию из п — 1/10 числа звеньев, где /о соответствует длине проникновения поля в капилляр. Звенья состоят из элементов Со, Ь0, Яо, где: С0 и 1о - расчетная емкость и индуктивность элемента капилляра длиной /Л Я0 -омическое сопротивление отрезка лавинного разряда той же длины, его величина выбиралась из экспериментов. Характерной чертой предложенной схемы является включение в каждое звено ключа с задержкой срабатывания Л, равной времени пробега лавинного разряда то и таким образом учитывающей обе временные составляющие.

3 Ro

Sw9 Ro SwlO Ro

^LoJ^Lo

__-1 Ivvw,

dbc о

Рис. 7. Эквивалентная схема капиллярной нагрузки, питаемой через транспортирующий кабель.

Итак, бегущая волна скользящего разряда имитируется волной напряжения, распространяющейся вдоль искусственной линии в течение времени, определяемом не параметрами Cft La, а полным временем коммутации nAt = rtr0, соответствующим экспериментально или расчетным путем найденным значениям времени пробега волны г. По достижении волной напряжения замкнутого конца искусственной линии возникает разряд транспортирующей линии через последовательно включенные сопротивления, что имитирует режим основного разряда с двойным устоявшимся током, так как nR0 « р.

Результаты расчетов, проведенных при фронте падающей волны напряжения I" vine = 10 не и амплитуде 60 кВ (Рис.8 а), показали, что при увеличении полного времени коммутации nAt происходит резкое обострение фронта разрядного тока Ц (leap). Максимальное обострение (0.1 не) достигается при времени коммутации 30 не, бросок амплитуды разрядного тока возрастает до 2.85 кА, что на ~ 70 % превышает амплитуду тока в установившемся режиме. Амплитуда напряжения на входе капилляра изменяется от 15 до 120 кВ. При nAt = 3 не ситуация хуже и для ее исправления нужно уменьшать длительность фронта падающей волны напряжения.

М44Ш-.

-200

at:

110 120 ISO 140ns 110 12

110

120

Рис.8. Временные зависимости разрядного тока и напряжения на входе капилляра при Uinc-60 кВ.

хите=10 ns. а- пД1=30 ns, b- nAt=3 ns, что эквивалентно давлению 0.04 и 4 Topp соответственно.

Таким образом, предложенную расчетную схему можно использовать для исследования переходных процессов и их оптимизации в зависимости от параметров цепи и капиллярной нагрузки для получения разрядного тока с наивысшей производной, определяемой предельной величиной Lca/p, и напряжения, максимального с самого начала формирования скользящего разряда.

В пятой главе представлены результаты исследований плазмы модельного капиллярного разряда в широком диапазоне изменения давления аргона. Оптические исследования излучения видимого диапазона проводились с помощью коаксиального сильноточного фотоэлемента ФЭК типа 22СПУ-М и оптических фильтров через кварцевое окно. Для регистрации жесткого рентгеновского излучения методом фольг использовался пластмассовый сцинтиллятор и фотоэлектронный умножитель ФЭУ-79, измерения проводились через окно, уплотненное с помощью бериллиевой фольги. ЭУФ излучение регистрировалось Si-диодом тихи ФДУК-11УС, изготовленного в ФТИ им. А. Ф. Иоффе, видимый диапазон отсекался тонкой алюминиевой фольгой. Структура разряда регистрировалась с помощью быстродействующей CCD камеры совместно со специалистами СПбГТУ.

На Рис.9 представлена сводная картина зависимостей амплитуд различных компонент излучения от давления газа, а также во вставках к рисунку типичные осциллограммы сигналов. Проведенные измерения показали, что наиболее интенсивное световое излучение обусловлено основным сильноточным разрядом, наступающим после достижения скользящим разрядом выходного электрода Свечение лавинного разряда регистрировалось лишь на пределе возможностей аппаратуры. Это таунсендовский разряд, известный как темный разряд. В диапазоне давлений 20-300 Topp наблюдаются два световых импульса, постепенно переходящие из одного в другой по мере увеличения давления. На рисунке приведены амплитудные зависимости от давления для обоих импульсов.

Рис.9. Зависимости амплитуд сигналов с различных детекторов в вольтах от давления газа: первого и второго световых импульсов (Jvi и Jvi соответственно); жесткого рентгеновского излучения Jx; мягкого рентгеновского излучения Jsx> а также осциллограммы тока капилляра Jcap и напряжения на входе капилляра Uoap для для указанных значений давления. Амплитуда напряжения падающей волны Umc, kB: 1 - 70, 2 - 60, 3 - 50, 4 - 40.

Применение оптических фильтров показало, что первый импульс состоит, в основном, из УФ и синей компонент, в то время как второй импульс имеет доминирующую красно-оранжевую компоненту. Максимум интенсивности первого импульса наблюдается в районе давлений ~ 3 Topp, когда имеет место минимальное время распространения скользящего разряда. Временная форма светового сигнала в этом диапазоне характерна тем, что максимум интенсивности находится в первой части импульса тока. В отличие от этого в области р > 10 Topp максимум интенсивности свста во втором импульсе приходится на вторую часть импульса тока.

Следует отметить изменение структуры фронта разрядного тока с изменением давления газа. Этот фронт имеет быструю часть с длительностью ~ 4 не, что существенно меньше длительности фронта падающей волны напряжения. Однако высота этой части падает с увеличением давления от ~ 100 % относительно амплитуды тока при р ~ 0.01 практически до нуля при р ~ 300 Topp. Это согласуется с расчетными результатами, приведенными на Рис.8. Причинами этого эффекта являются как уменьшение времени пробега скользящего разряда до величины, меньшей длительности фронта падающей волны (уменьшение обостряющего эффекта скользящего разряда), так и увеличение времени формирования сильноточного разряда.

Скоростное фотографирование разряда с торца капилляра позволило выявить причину наличия двух импульсов светового сигнала, переходящих из одного в другой по мере изменения давления. Дело в том, что с увеличением

давления газа происходит изменение характера основного разряда от диффузной при малых давлениях к канальной форме при больших давлениях.

Применение уплотненной бериллиевой фольги толщиной 50 мкм и набора алюминиевых поглотителей, а также пластического сцинтиллятора и фотоусилителя позволило зарегистрировать рентгеновское излучение с энергией квантов 10 - 25 кэВ при низких давлениях (< 0.4 Topp). Это излучение генерируется на стадии основного разряда и носит тормозной характер ускорительного происхождения. С увеличением амплитуды напряжения падающей волны Uins от 50 до 70 кВ амплитуда сигнала рентгеновского излучения возрастает от 1.9 до 3.5 В . Следует отметить, что при давлении газа, близким к атмосферному, было зарегистрировано более мягкое рентгеновское излучение (3-4 кэВ), но его природа осталась невыясненной. Отметим лишь, что при давлении 300-800 Topp наблюдается падение амплитуды второго светового импульса и оно, очевидно, связано с появлением мягкого рентгеновского сигнала.

Сигнал с кремниевого диода, регистрирующего ЭУФ излучение, появлялся при давлении аргона р0~ 0,1 Topp, выходил на максимум при 0,2 Topp и исчезал при давлении газа выше 0,4 Topp. В этом диапазоне давлений еще наблюдалось жесткое рентгеновское излучение с энергией квантов 10-25 кэВ, которое выпускалось в атмосферу через бериллиевое окно и регистрировалось с помощью пластического сцинтиллятора и фотоумножителя. Однако это излучение не регистрируется диодом, очевидно, оно проходит его без взаимодействия.

Отметим также, что длительность ЭУФ сигнала намного меньше длительности импульса жесткого рентгеновского излучения и приходится на фронтальную часть импульса тока, в то время как жесткое излучение наблюдается практически в течение всего импульса основного тока. Методом фолы удалось определить жесткость квантов hv по логарифму отношения сигналов. Учитывая неоднозначную зависимость массового коэффициента поглощения от энергии квантов в этом диапазоне спектра, можно оценить ее как величину 15-80 эВ.

Испытание полномасштабного ЭУФ источника при подключении семи из восьми кабелей (Рис.10) проводилось при зарядном напряжении до 60 кВ. Длина керамического капилляра из корунда составляла 10 см. Обнаружен лазерный эффект при давлении аргона 0,1 Topp. Сигнал с кремниевого фотодиода (Рис.11) представляет длинный импульс с резким всплеском интенсивности ЭУФ свечения непосредственно перед максимумом тока. Методом фольг оценена жесткость этого излучения, она также оказалась в диапазоне 15-80 эВ (80-15 нм). По проведенным Н.В. Калининым расчетам с использованием модели «снежного плуга» и более сложной МРГД модели этот всплеск излучения предшествует моменту' схлопывания плазменной оболочки на оси капилляра.

Рис. 11. Сигналы с фотодиода (верхний трек) и пояса Роговского (нижний трек), 3 - расчет

Результаты работы

1. Разработан, промоделирован, изготовлен и успешно испытан компактный полномасштабный источник экстремального ультрафиолетового излучения капиллярного типа на малоиндуктивных разрядах, в импульсной системе питания которых использована двойная неакопительно-формирующая искусственная линия с бумаго-масляным диэлектриком. Запасаемая энергия в ДФЛ до 100 Дж, напряжение заряда линии до 100 кВ, длительность импульса напряжения на полувысоте 100 не, разрядные токи до 22 кА, диаметры капиллярной трубки 5.5/10.5 мм.

2. На полномасштабном источнике получен лазерный эффект на неоно-подобных ионах аргона, представляющий наносекундный всплеск ЭУФ излучения на фоне

~ 100 не импульса непосредственно перед максимумом тока. Жесткость квантов лежит в диапазоне 15-80 эВ. Источник готов к проведению детальных спектроскопических исследований и оптимизации его выходных характеристик. 3. Результаты проведенных на модельном источнике исследований излучательных характеристик малоиндуктивных разрядов, формируемых скользящим лавинным разрядом, представляют интерес при создании многодиапазонных источников излучения от жесткого рентгена до красно-оранжевого света для различных применений, в том числе в области биофизики.

Основное содержание диссертации опубликовано в слсдующих_работах:

1 Е.Р, Bolshakov, V.A Buitsev, D.V. Getman, AV, Sedov, Multichannel pulse generator. Digest of technical papers on Twenty-Fifth Int. Power Modulator Symposium and 2002 High-Voltage Workshop, California, 2002, pp. 394-395.

2 E. П. Большаков, В. А. Бурцев. Многоканальный рельсовый разрздник. Патент № 2247453 с приоритетом 24,06.2003. БИ №6, 2005.

3 V. A Burtsev, A I. Babalin, Е. P. Bolshakov, V. A. Dubiansky, D. V. Getman, V. P. Kozlov, A V. Sedov, V. I. Chemobrovin, O. P. Pecherslciy. Commutating equipment of the low-inductance highVoltage capacitive storage module. Digest of tedinical papa's on Pulsed Power Plasma Science Conference PPPS-2001 (June 17-22,2001, Las Vegas, Nevada, USA), v.l, pp. 1750-1753.

4 V.A. Burtsev, E.P. Bolshakov, AS. Ivanov, N.V. Kalinin, V.A Kubasov, R.F. Kurunov, V.G. Smimov, V.I. Chemobrovin. Electrodischarge radiation source of capillary type. 9-th International Conference on x-ray lasers ICXRL-2004 (24-28 May 2004, Beijing. China), oral paper 02505, pp.167170

5 В. А Бурцев, Е.П. Большаков, AC. Иванов, H.B. Калинин, В. А Кубасов, Р. Ф. Курунов, В.Г. Смирнов, В.И. Чернобровин. «Электроразрвдный источник капиллярного типа», Материалы конференции «Физика экстремального состояния вещества - 2005»., Черноголовка, 2005, с. 212-214.

6 V.A. Burtsev, Е.Р. Bolshakov, AS. Ivanov et al. Electrophysical problems in creation of compact and effective sources of short-wave radiation on plasma of capillary discharges, presented on hit. Conf Pulsed Power PPC-2005, Monterey, USA paper 10Q10, p.54.

7 H, Г. Беручев, E. П. Большаков, B.B. Вечерковский, Ю.А Истомин, Ф.А Федоров. Испытательный стенд «ИСКРА» на напряжение до 4 MB.- ПТЭ №5, 1990, с. 129-131.

8 Н. Г. Беручев, Е. П. Большаков, В.В, Вечерковский и др. Наносекундный сильноточный ускоритель электронов: - ПТЭ. 1983, № б. о. 14.

9 Н. Г. Беручев, Е. П. Большаков, А, Г. Волкович и др. Генератор импульсных напряжений установки "Ангара-5".: Докл. второй Всесоюз. конф. по инженерным проблемам термоядерных реакторов. Л.: ШИЭФА 1982. Т. 3. № 4, с. 264-272.

10 V. I. Engelko, Е. P. Bolshakov, U. A. Istomin, О. P. Pecharsky. High frequency multi-purpose pulses generator.: Digest of technical papers on Twenty-Fifth Int. Power Modulator Symposium and 2002 High-Voltage Workshop, California, 2002, pp. 396-398.

11 В. В. Белогорский, H. Г. Беручев, E. П. Большаков, В. В. и др. Исследование работы сильноточного наносекундного ускорителя электронов НЕВА-01. Препринт К-0606. Л., НИИЭФА, 1983,20 с.

12 V.A. Burtsev, Е.Р. Bolshakov, AS. Ivanov, N.V. Kalinin, V.A Kubasov, R.F. Kurunov, V.G. Smimov, V.I. Chemobrovin. Fast z-discharges in low-inductive capillary tubes, presented on 15-th Intern. Conf. on high power particle beams BEAMs-2004, St-Petersburg, Russia, oral paper TH-03-16. pp. 450-453.

13 V.A. Burtsev, E.P. Bolshakov, N.V. Kalinin, V.A Kubasov, R.F. Kurunov, V.G. Smirnov, V.I. Chemobrovin. Sources of radiations on the basis of capillary discharges. Abstracts of International Conference «Micro- and nanoelectronics - 2005» (Oct. 6-10, 2005, Moscow-Zvenigorod, Russia), abstract 01-04.

Подписано к печати 31.05.06 Формат 60x90/16. Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № 54 Отпечатано в ФГУП «НИИЭФА им. Д. В. Ефремова»

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Большаков, Евгений Павлович

Введение.

Глава 1. Основные направления развития электроразрядных ЭУФ лазеров.

1.1. Коротковолновый спектр электромагнитного излучения и основные подходы к созданию лазеров ЭУФ диапазона.

1.2. ЭУФ лазеры на плазме многократно ионизованных ионов, получаемых в капиллярных разрядах.

1.3. Импульсные системы питания ЭУФ лазеров и их согласование с параметрами капиллярных разрядов.

1.3.1 Импульсные источники на основе конденсаторов

1.3.2 Импульсные источники на основе длинных линий.

1.3.3 Импульсные источники на основе плазменных размыкателей.

1.3.4. Импульсные источники на основе магнитных ключей.

1.4. Постановка цели и задач диссертационной работы.

Глава 2. Разработка и исследование высоковольтных импульсных генераторов.

2.1. Наносекундные генераторы высоковольтных импульсов на линиях с жидким диэлектриком.

2.2. Наносекундные генераторы на магнитных ключах.

2.3. Многоканальный генератор высоковольтных импульсов на базе ДФЛ с бумаго-масляной изоляцией.

2.4. Численное исследование процессов формирования высоковольтных импульсов.

2.5. Коаксиальный обостритель импульсов на основе скользящего разряда.

2.6. Выводы.

Глава 3. Разработка и численное моделирование полномасштабного источника коротковолнового излучения.

3.1. Полномасштабный ЭУФ источник.

3.2. Численное моделирование генератора с длинной транспортирующей линией на постоянную нагрузку.

3.3. Численное моделирование капиллярного разряда на основе «снежного плуга» с учетом импульсной системы питания.

3.4. Выводы.

Глава 4. Модельный электроразрядный источник излучения.

Скользящий разряд.

4.1. Экспериментальное исследование зависимости времени пробега волны скользящего разряда от давления газа и зарядного напряжения генератора.

4.1.1 Экспериментальное моделирование капиллярных разрядов на атмосферном воздухе.

4.1.2 Экспериментальное моделирование капиллярных разрядов в аргоне при пониженных давлениях.

4.2. Аналитическое исследование распространения бегущей волны скользящего разряда, сравнение с экспериментом.;.

4.3. Численное моделирование работы капиллярной трубки со схемой замещения в виде искусственной коммутируемой линии с обостряющей и без обостряющей емкости на постоянную нагрузку.

4.4 Выводы.

Глава 5. Электроразрядные источники излучения. Основной разряд.

5.1. Оптические исследования разряда на модельном источнике в видимом диапазоне спектра.

5.2. Исследование жесткого рентгеновского излучения методом фольг.

5.3. Исследование мягкого рентгеновского и экстремального ультрафиолетового излучения.

5.4. Испытание полномасштабного источника ЭУФ излучения.

5.5. Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Разработка и создание компактного источника экстремального ультрафиолетового излучения на малоиндуктивных капиллярных разрядах"

Использование быстрых электрических капиллярных разрядов для получения неравновесной плазмы многозарядных ионов является одним из основных путей создания компактных и недорогих источников когерентного, частично когерентного и некогерентного экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения [1]. Под термином компактный источник понимается прибор, размещаемый на оптическом столе (itable-top). Необходимая для различных применений степень когерентности определяется соотношением длины капилляра и расстоянием, на котором происходит насыщение интенсивности волны излучения.

Импульсно-периодический источник некогерентного ЭУФ излучения на коротком капилляре (/ ~ 1см) успешно развивается в Японии для целей проекционной литографии на длине волны 13.5 нм в качестве альтернативы лазерно-создаваемому источнику [2]. Настоящая диссертационная работа связана с развитием компактных частично когерентных и полностью когерентных источников ЭУФ излучения (лазеров) на основе длинных капилляров, что является значительно более трудной задачей. Впервые возникновение лазерной генерации на переходе 3p-3s Ne-подобного аргона (А, = 46.9 нм) в источнике на капиллярных разрядах было зарегистрировано исследовательской группой под руководством J. Rocca в 1994 г. в Колорадском Государственном Университете (КГУ), США [3]. В процессе исследования и развития этого лазера энергия генерации была доведена до рекордной в мире величины 0,88 мДж, а средняя мощность до 3,5 мВт при частоте повторения импульсов до 4 Гц [4-6]. Причем было детально исследованы лазерные свойства излучения (расходимость, пространственная когерентность, поляризованность) [7]. На более компактном лазере была достигнута рекордная частота повторения импульсов 14 Гц при выходной энергии 30 мкДж [8].

Усилия американских ученых по развитию ЭУФ лазеров на капиллярных разрядах были подхвачены в Италии, в Университете Л'Акуила [9], Японии, в Токийском Технологическом Институте [10], Чехии, в Институте Физики

Плазмы Чешской Академии Наук [11] и других странах. Наибольшие успехи были достигнуты итальянскими учеными, которые на неоно-подобных ионах аргона получили лазерную энергию в импульсе до 300 цДж при хорошем качестве излучения, используя умеренные разрядные токи.

В то же время эффективность подобных лазеров оказывается чрезвычайно низкой (г} ~ 10"5), что приводит к энергетической перегрузке и, соответственно, к малому времени жизни капиллярных трубок, недопустимому для практических применений. Эта проблема усугубляется при продвижении в сторону более коротких длин волн, требующих еще более высоких удельных мощностей накачки. При создании импульсных систем питания капиллярных разрядов обычно используются генераторы наносекундных высоковольтных импульсов, в разработке которых накоплен богатый опыт в области сильноточной электроники рядом научных центров, в том числе НИИЭФА. В некоторых экспериментах по ЭУФ лазерам этот опыт использовался буквально напрямую, когда сильноточные электронные ускорители модернизировались путем замены вакуумных диодов на капиллярные нагрузки, что не принесло больших успехов. Целесообразнее, используя этот опыт, создавать компактные импульсные системы питания согласованно с капиллярными нагрузками с тем, чтобы минимизировать неиспользованную в процессе накачки активной среды

часть первоначально запасенной энергии и увеличить таким образом эффективность источников излучений и срок службы трубок. На решение этой проблемы направлена данная диссертационная работа, что подтверждает ее актуальность.

Актуальность работы подтверждается также тем, что она выполнялась по • Проекту Международного Научного Технологического Центра МНТЦ 0991 «Физика и техника формирования рисунка нанометрового масштаба больших интегральных схем на основе взаимодействия интенсивного ЭУФ излучения с веществом», поддержанного японской стороной.

Цель работы

Основной целью работы является создание компактного импульсного источника ЭУФ излучения на основе малогабаритного многоканального генератора высоковольтных импульсов, длинной транспортирующей кабельной линии и малоиндуктивной капиллярной нагрузки, а также проведение модельных численных и экспериментальных исследований, подтверждающих работоспособность общей концепции источника излучений.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

• разработать и промоделировать компактный многоканальный генератор наносекундных высоковольтных импульсов на основе двойной накопительно

9 формирующей искусственной линии с бумаго-масляным диэлектриком, коммутирующего рельсового газового разрядника с искажением электрического поля и обостряющего газового коммутатора;

Научная новизна

1. Впервые разработан и создан компактный электроразрядный источник ЭУФ излучения на базе генератора высоковольтных импульсов, в котором использована малогабаритная двойная накопительно-формирующая искусственная линия с бумаго-масляным диэлектриком, допускающая зарядку непосредственно от выпрямителя умеренно высокого напряжения (< 100 кВ).

4. Впервые для импульсных ЭУФ источников реализована рабочая схема, в которой предварительная ионизация активной среды производится бегущей волной скользящего лавинного разряда при напряжении, примерно равном двойному напряжению падающей волны (режим разомкнутой линии), а основной разряд накачки осуществляется при токе, стремящемся к двойному току падающей волны (режим короткого замыкания).

5. Впервые разработана модель малоиндуктивной капиллярной нагрузки в виде искусственной линии, звенья которой соответствуют усредненной глубине проникновения электрического поля в капилляр вдоль его оси. В

Ф звенья включены коммутаторы, запускаемые последовательно в соответствии с движением волны лавинного разряда вдоль капилляра.

7. Впервые получен лазерный эффект на полномасштабном малоиндуктивном источнике на неоно-подобном аргоне (длина капилляра 10 см). При этом использовались бегущая волна скользящего разряда для предварительной ионизации газа в пристеночной области трубки и основной г-разряд для столкновительной ионизационной накачки активной среды.

Практическая значимость работы

1. Исследования основного разряда в модельном источнике излучения при изменении давления газа на шесть порядков показали, что малоиндуктивный капиллярный разряд представляет универсальный источник коллимированного излучения, от мягкого рентгеновского до видимого красно-оранжевого

0 диапазонов, включая ЭУФ. Перестройка источника на нужный диапазон спектра достигается простым изменением начального давления газа. Этот результат может быть использован при создании много-диапазонного источника коллимированного излучения для биофизики, бактериологии и других областей науки.

2. Использование созданного компактного полномасштабного источника когерентного излучения на неоно-подобном аргоне с длиной волны генерации

46.9 нм предусмотрено для проведения демонстрационных экспериментов совместно с ФИ АН по ЭУФ проекционной микроскопии биологических и наноэлекгронных объектов с субмикронным разрешением.

3. Становится возможной разработка более коротковолнового, 13.4 нм ЭУФ лазера на водородо-подобном азоте с использованием опыта разработки малоиндуктивного капилляра, запитываемого от импульсного генератора, содержащего искусственную накопительно-формирующую линию с бумаго-масляным диэлектриком.

На защиту выносятся следующие положения:

2. Методика моделирования и оптимизации переходных процессов, происходящих при запитывании малоиндуктивной капиллярной нагрузки от импульсного генератора через длинную транспортирующую линию с учетом параметров капиллярной нагрузки, представленной в виде искусственной коммутируемой специальным образом линии.

4. Результаты оптических исследований основного разряда в модельном однокабельном источнике от давления газа и напряжения в падающей волне.

5. Результаты испытания полномасштабного источника ЭУФ излучения на неоно-подобном аргоне.

Апробация работы и публикации

Основные положения работы докладывались и обсуждались на восьми международных научных конференциях:

Pulsed Power Plasma Science Conference PPPS-2001 (June 17-22, 2001, Las Vegas, Nevada, USA); 25-th Intern. Power Modulator Symposium and 2002 HighVoltage Workshop (2002, Hollywood, California, USA); 9-th Intern. Conference on x-ray lasers ICXRL-2004 (23 - 28 May 2004, Beijing, China); 15-th Intern. Conf. on high power particle beams BEAMs-2004 (18-24 July, 2004, St.-Petersburg, Russia); XX Международная конференция «Взаимодействие интенсивных потоков энергии с веществом» (28 февраля - 6 марта 2005 г., п. Эльбрус, Россия); Pulsed Power Conf., РРС-2005 (July 13-18, 2005, Monterey, USA); International Conferences "Micro- and nanoelectronics - 2003 and 2005" (October 6-10, 2003; October 3 -7,2005, Zvenigorod, Moscow region, Russia), а также опубликованы в 14 работах.

Структура и объём работы

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы. Общий объём работы - 198 страниц.

Во введении показана актуальность темы работы, сформулированы ее основная цель, научная новизна, практическая значимость, защищаемые положения.

В первой главе представлен обзор известных и возможных применений электроразрядных источников коротковолнового ЭУФ излучения, основных направлений развития ЭУФ лазеров. Проанализированы преимущества и недостатки используемых схем высоковольтного импульсного питания электроразрядных источников коротковолнового излучения. Этот анализ позволил сформулировать основную цель работы, задачи разработки и наметить основной подход к ее выполнению.

Во второй главе представлены результаты разработки и исследования многоканального генератора высоковольтных импульсов на основе искусственной ДФЛ с бумаго-масляной изоляцией, разработанной и изготовленной в Санкт-Петербургском Техническом Университете на кафедре # ТВН. По результатам численного моделирования переходных процессов в эквивалентной схеме генератора в согласованном режиме и режиме холостого хода проведена оптимизация элементов газовых разрядников и ошиновки генератора.

В третьей главе дано описание основных технических и конструкторских решений, принятых при разработке полномасштабного источника коротковолнового излучения. Приведены результаты численного моделирования при работе импульсной системы питания, как на постоянную 0 капиллярную нагрузку, так и на капиллярный разряд, описываемый моделью «снежного плуга».

В четвертой главе содержатся сведения о разработке и исследованиях одноканального модельного электроразрядного источника, на котором проводились эксперименты по исследованию процессов формирования и распространения скользящего разряда в капилляре при различных давлениях рабочего газа и зарядного напряжения наносекундного генератора. Приведены результаты сравнения экспериментальных и расчетных данных времени распространения лавинного разряда, а также численного исследования вопросов согласования капиллярной нагрузки с передающей линией.

В пятой главе представлены результаты исследований излучательных характеристик плазмы модельного капиллярного разряда в широком диапазоне изменения давления аргона, а также результаты испытания полномасштабного источника излучений.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

Заключение диссертации по теме "Электрофизика, электрофизические установки"

Заключение

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Большаков, Евгений Павлович, Санкт-Петербург

1. J. Rocca. Table-top soft x-ray lasers. Rev. of Scientific 1.str., 70, № 10,1999, pp. 3799-3827.

2. J.J. Rocca, V. Shlyaptsev, F.G. Tomasel, O.D. Cortazar, D. Hartshorn, and J.L.A. Chilla. Demonstration of a discharge pumped table-top soft-X-raylaser. Phys.Rev.Lett., 73, № 16,1994. pp. 2192-2195.

3. J.J. Rocca, D.P. Clark, J.L.A. Chilla, and V.N. Shlyaptsev. Energy extraction and achievement of the saturation limit in a discharge-piunped table-top SoftX-ray amplifier. Phys. Rev. Lett. 77, № 8,1996, p. 1476-1479.

4. B.R. Benware, CD. Machietto, C.H. Moreno, and J.J. Rocca. Demonstration of a high average power tabletop soft X-ray laser. Phys. Rev. Lett., 81,1998,p. 5804.

5. C D . Machietto, B.R. Benware, and J.J. Rocca. Generation of millijoule-level soft X-ray laser pulses at a 4 Hz repetition rate in a highly saturatedtabletop capillary discharge amplifier. Opt. Lett., 24, 1999, p. 1115.

6. Y. Liu, M. Seminario, F.G. Tomasel, С Chang, J.J. Rocca, and D.T. Attwood. Achievement of essentially ftill spatial coherence in a high-average-power soft X-ray laser. Phys. Rev. A, 63,2001, 033802.

7. S. Heinbuch, M. Grisham, D. Martz, and J.J. Rocca. Demonstration of a desk-top size high repetition rate soft X-ray laser. Optics Express Л , № 11,May 2005 p. 4050.

8. J. Filevich, K. Knizay, M.C. Marconi, J.L.A. Chilla, and J.J. Rocca. Dense plasma diagnostics with an amplitude-division soft X-ray laserinterferometer based on diffraction gratings. Optics Lett., 25., 2000, p. 356.

9. J. Filevich, J.J. Rocca, E. Lankowska, E.C. Hammarsten, K. Kanizay, M.C. Marcony, S.J. Moon, V.N. Slilyaptsev. Two-dimensional effects in laser-created plasmas measured with soft-X-ray laser interferometry. Phys. Rev. E,67, № 56, 2003, p. 056409.

10. A. Artiukov, B.N. Benware, J.J. Rocca, M. Fordythe, Y.A. Uspenskii, A.V. Vinogradov. Determination of XUV optical constants by reflectometry usinga high-repetition rate 46.9 nm laser. IEEE. J. Sel. Top. Quantum Electron, 5^1999, p. 1495.

11. B.R. Benware, A. Ozols, J.J. Rocca, LA. Artiukov, V.V. Kondratenko, A.V. Vinogradov. Focusing of a tabletop soft X-ray laser beam and laser ablation.Opt.Lett.,24,1999,p. 1714.I184

12. David Attwood. Soft X-rays and Extreme Ultraviolet Radiation. Principles and Applications. AS&T/EECS, University of Califofhia, Berkley, CA94720, January 1999.

13. Л. И. Гудзенко, И. Яковленко. Плазменные лазеры. - М.: Атомиздат, 1978, 15,152.

14. А. Rahman, Е.С. Hammarsten, S. Sakadzic, J.J. Rocca, and J.F. Wyart. Identification of n=4, Vn=O transitions in the spectra of nickel-like cadmiumions from a capillary discharge plasma column. Physica Scripta, 67, 2003,pp.414419.

15. J.J. Rocca, D.C. Beethe, and M.C. Marconi. Proposal for soft X-ray and XUV lasers in capillary discharges. Opt. Lett., 13,1988, pp. 565-567.

16. Toyokazu Gotou, Yasuo Takahashi, Hirokazu Kobayashi, Akira Taniike, Akira Kitamura. Study of Carbon VI 18.2 nm Line in Capillary Discharge. //Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 40 (2001) pp. 995-998.

17. K. Lee, J.H. Kim and D. Kim. Z-scaling for the H-like recombination laser in the capillary discharge. AIP C641, X-ray lasers 2002, pp. 97-101.

18. P. Vrba, N.A. Bobrova, P.V. Sasorov, M. Vrbova. Simulation study of nitrogen X-ray capillary discharge laser. X-ray Lasers 2004 (May 24-28,2004, Beijing. China), 2005, pp.175-178/

19. J.J. Gonzalez, M. Frati, J.J. Rocca, V.N. Shlyaptsev, A.L. Osterheld. High- power-density capillary discharge plasma columns for shorter wavelengthdischarge-pumped soft-X-ray lasers. Phys. Rev. E., 65,026404,2002.

20. J. J. Rocca, 0. D.Cortazar, B. Szapiro, K. Floyd, and F. G. Tomasel. //Fast- discharge excitation of hot capillary plasms for soft-x-ray amplifiers// Phys.185Rev. E. vol. 47. No 2, Feb. 1993, pp. 1299-1304.

21. G. Tomassetti, A. Ritucci, A. Reale, L. Palladino, L. Reale, S. V. Kukhlevsky, F. Flora, L. Mezi, J. Kaiser, A. Faenov, T. Pikiiz. CapillaryDischarge Soft X-Ray basing in Ne-Like Ar Pumped by Long CurrentPulses, Eur. Phys. J. D 19, 2002, pp. 73-77.

22. D.Hong, R.Dussart, C.Cachoncinlle, W.Rosenfeld, S.Gotze, J.Pouse, R.Vidrosa, C.Fleurier and J.-M. Pouvesle . //Study of a fast ablative capillarydischarge dedicated to soft x-ray production. Rev. of Scientific Inst. 2000,V.71N1, pp. 15-19.

23. И. И. Собельман, A. П. Шевелько, 0. Я. Якушев, Л. В. Найт, Р. Турли. //Интенсивный источник ВУФ излучения на основе плазмыкапиллярного разряда// Квантовая электроника. 33. N 1 (2003). с. 3-6.

24. Vrba Pavel, Jancarek Alexander, Vrbova Miroslava, Scholzova Lenka, Fojtik Anton, Tamas Martin and Havlikova Radka //Soft X-Ray Emission Spectraof Capillary Plasma// J. Plasma Fusion Res. Series, Vol. 6 (2004). pp. 1-4.

25. S.Gotze, D.Hong, R.Dussart, C.Cachoncinlle, J.Pons, J.-M.Pouvesle, C.Fleurier and R.Viladroza. //Development of a Blumlein generatordedicated to a fast capillary discharge XUV source. J.Phys IV, France,2001, V.I 1,N 2, pp. 609-619.

26. Gohta Niimi, Yasushi Hayashi, Mitso Nakajima, Masata Watanabe, Akitoshi Okino, Karuhiko Horioka and Eiki Hotta. Observatirion of multi-pulse Softx-ray lasing in a fast capillary discharge. Journal of Physics D (Applied).2001, V.34, № 14, pp. 2123-2126.

27. Hosokai Т., Nakajima M., Aoki Т., Ogawa M. and Horioka K. "Correlation between soft x-ray Emission and Dynamics of Fast capillary Discharges".1997. Japan. Y. Appl. Phys. 36. p. 2327.

28. Nobuhiro Sakamoto, Kotaro Kondo, Mitsuo Nakajima and Karuhiko Horioka.// Importance of the initial condition for high-energy lasing in fast-capillary-discharge lasers. Plasma Devices and Operations. Vol. 13, No. 1March 2005, pp. 67-73

29. Е. П. Иванова, Н. А. Зиновьев, Л. В. Найт. Теоретические исследования рентгеновского лазера на переходах Ni-подобного ксенона в области 13-14 нм. // Квантовая элекгроника. 31, № 8 (2001), с. 683-688.

30. Г. А. Месяц, В. В, Осипов, В. Ф. Тарасенко. Импульсные газовые лазеры. М.: Наука, 1991, с. 103.

31. Препринт К-0606. Л., НИИЭФА, 1983, 20 с.

32. Смирнов СМ., Терентьев П. В. Генераторы импульсов высокого 188напряжения. - М.: Энергия. 1969

33. Г. А. Месяц. Генерирование мощных наносекундных импульсов. - М., «Сов. радио», 1974,256 с.

34. Н.Г. Беручев, Е. П. Большаков, В.В. Вечерковский, Ю.А. Истомин, Ф.А. Федоров. Испытательный стенд «ИСКРА» на напряжение до 4 МВ.-ПТЭ№5, 1990,с. 129-131.

35. Н. Г. Беручев, Е. П. Большаков, В.В. Вечерковский и др. Наносекундный сильноточный ускоритель электронов. ПТЭ, 1983, № 6.с. 14.

36. Frasier G. В. 0WL-2 pulsed-electron-beam generator.- JomTi. of Vac. Sci. and Technol., 1975, v. 12. N6, p. 1183.

37. Г. A. Месяц. Импульсная энергетика и электроника. М.: Наука, 2004, с. 425.

38. Вдовин. Проектирование импульсных трансформаторов. Л.: 189Энергия, 1971. с. 56.

39. V. I. Engelko, Е. Р. Bolshakov, U. А. Istomin, О. Р. Pechersky. High frequency multi-purpose pulses generator.: Digest of technical papers onTwenty-Fifth Int. Power Modulator Symposium and 2002 High-VoltageWorkshop, California, 2002, pp. 396-398.

40. Бурцев В. A.. Василевский М. A., Водовозов В. М., Комин Н., Морозов Е.А., Осеевский М. Э., Целищева В. И. Емкостные накопителиэнергии со свойствами формирующих линий. Электричество №7, 1989,с. 85-88.

41. Кучинский г. Высоковольтные импульсные конденсаторы. Л.: «Энергия», 1973,с. 59 - 62.

42. К5Д1ИНСКИЙ Г. С, Вехорева Л. Т., Шилин О. В. Принципы конструирования мощных формирующих линий высокого напряжениядля создания импульсов нано- и микросекундного диапазона.Электричество №9,1997, с. 18 - 21.

43. Е.Р. Bolshakov, V.A. Burtsev, D.V. Getman, A.V. Sedov, Multichannel pulse generator. Digest of technical papers on Twenty-Fifth Int. PowerModulator Symposium and 2002 High-Voltage Workshop, California, 2002,pp. 394-395.

44. Евтянов И., Редькин Г. Е. Импульсные модуляторы с искусственной линией. М.; «Сов. радио», 1973, с. 7.

45. Е. Н. Больщаков, В. А. Бурцев. Многоканальный рельсовый разрядник. Патент № 2247453. С приоритетом от 24.06.2003. БИ №6, 2005.

46. Калантаров П. Л., Цейтлин Л. А. Расчет индуктивностей. - Л.: 190Энергоатомиздат, 1986, с. 132-143,186.

47. Г. А. Воробьев, Г. А. Месяц. Техника формирования высоковольтных наносекундных импульсов. -М.: Госатомиздат, 1963, с. 13.

48. В. В. Кремнев, Г. А. Месяц. Методы умножения и трансформации имнульсов в сильноточной электронике. - Новосибирск: «Наука» ,1987,с. 154-155.

49. Я. Ицхоки, Н. И. Овчинников. Импульсные и цифровые устройства. М.: «Сов. радио», 1972, с. 128.

50. Г. Н. Александров, В. Л. Иванов, К. П. Кадомская, Н. А, Козырев, М. В. Костенко, Г. Кучинский, И. Ф. Ноловой, Б. М. Рябов, В. А. Хоберг.Техника высоких напряжений. Под. ред. М. В. Костенко. М.: «Высш.школа», 1973, с. 54-57.

51. П. Н. Дашук, Л. Кулаков. Рентгеновское излучение наносекундного скользящего разряда. // письма в ЖТФ, том 5, вып. 2,1979, с. 71.

52. В. А. Бурцев, В. Н. Литуновский и М. Н. Подгорная. Исследование азимутальной симметрии в коаксиальном плазменном коллекторе.//ЖТФ. Том XLII, в 10,1972, с. 2108.

53. Бужинский О.И., Лопатин В.В. Электроизоляционные характеристики высокотемпературных материалов. Физики и техника мошныхимпульсных систем.// Сб.ст. под ред. Е.П.Велихова. М. -«Энергоатомиздат», 1987. с. 311-319.

54. Бужинский О.И., Лопатин В.В, Черненко В.П.. Физико-химические и электрофизические свойства высокотемпературных изоляционныхкерамик для лазеров на парах химических элементов. // Квантоваяэлектроника. 1981, т.8, № 8, с.1697-1701.

55. Физические величины: Справочник (под ред. И.С.Григорьева и Е.З.Мейлихова.) - М. Энергоатомиздат, 1991, 700 стр.

56. Шваб А. Измерения на высоком напряжении, (измерительные приборы и способы измерения). Пер. с нем. М., «Энергия», 1973, с. 154-157.

57. И. П. Кужекин. Испытательные установки и измерения на высоком 191напряжении. - М . : Энергия, 1980, с. 102 - 104.

58. Г. Кнопфель. Сверхсильные магнитные поля. //Пер. с англ. Ф. А. Николаева и Ю. П. Свидиренко. - М.: Мир, 1972, с. 338-339.

59. Ю. Я. Иоссель, Э. Кочанов, М. Г. Струнский Расчет электрических емкостей. - Л.: Энергоиздат, 1981. 288 с.

60. Л. А. Арцимович. Управляемые термоядерные реакции. М.: «Изд. физ- мат. литературы», 1961, с. 157-161.

61. V. А. Bursev, N. V. Kalinin. Numerical Simulation of Longitudinal Discharges in Capillary Sources of Electromagnetic Radiation. // 15-thIntern. Conf. on high power particle beams BEAMs-2004, (July 18-23,2004, St.-Petersburg, Russia), pp. 491-494.

62. Д. Ю. Зарослов, H. B. Карлов, Г. П. Кузьмин, Д. Мак Кен. Квантовая электроника, т. 5, №8,1978, с. 1843-1844.

63. Е. П. Бельков, П. Н. Дашук, Г. Л. Спичкин. Использование объемного и скользящего разрядов для накачки газовых импульсных лазеров. ЖТФ,т.52,№7,1982,с. 1979.

64. П. Н. Дашук, Ю. А. Рымарчук, В. М. Фомин, Л. Л. Челноков. Использование скользящего разряда в Схмеси электроотрицательныхгазов для импульсного фотолиза. Письма в ЖТФ, т.8, вып.2О, 1982,С.1224.

65. Борисов В. М., Высикайло Ф. И., Христофоров О. Б. Исследование однородного сильноточного скользящего разряда. Теплофизикавысоких температур, т. 21, №5, 1983, с. 845-846.

66. Ю.П. Райзер. Физика газового разряда. Учебное руководство.-М.: Наука. 1987, 592 с.

67. Ю.Д. Королев, Г.А. Месяц. Физика импульсного пробоя газов. - М.: Наука. 1991,221с.

68. Справочник по электротехническим материалам. Под редакцией Ю. В. Корицкого, В. В. Пасынкова, Б. М. Тараева. - М.: Энергоатомиздат.1986,т. 1,с. 104,126,т.2,с.57.

69. Электротехнические материалы: Справочник // В. Б. Березин, Н. Прохоров, Г. А. Рыков, А. М. Хайкин. - М.: Энергоатомиздат. 1983, с.170-178.

70. Г.Грим. Спектроскопия плазмы. -М.: Атомиздат, 1969, с. 204-207.

71. Анисимова И. И., Глуховской Б. М. Фотоэлектронные умножители. - М.: Сов. радио, 1974.

72. Аксененко М. Д., Баранчиков М. Л. Приемники оптического излучения: Справочник. - М.: Радио и связь, 1987, с. 195.

73. П. Н. Дашук, Б. К. Чистов. Некоторые особенности распределения электрического поля в системах формирования скользящего разряда.//Ж Т Ф , № 6 , 1979,с. 1243.

74. В. И. Калашникова, М. Козодаев. Детекторы элементарных частиц. - М.: Наука, 1966, с. 193-220.

75. Методы исследования плазмы, /под ред. В.Лохте-Хольтгревена - М.: Мир,1971, с. 344-345.

76. Р. Тидекен. Волоконная оптика и ее применение. //Перевод с англ. под 193ред. Д. К. Сатгарова-М.: Мир, 1975, с. 151.

77. Л. М. Кучикян. Световоды. - М., Энергия, 1973, с. 129-132.

78. М. Н. Медведев. Снектрометры с детекторами больщого объема (обзор). //ПТЭ, 1984, №3, с. 6-12.