Оглавление
Введение 2
Глава 1. Обзор импульсных сильноточных электронных и ионных
источников (ИСИЭИ) 5
1.1. Плазменные газоразрядные источники 6
1.2. Источники с разрядным катодом 9
1.3. Источники с автоэмиссионными эмиттерами 11
1.4. Импульсные сильноточные источники с взрывной электронной и ионной эмиссией 13
1.5 .Краткое заключение по главе 1 23
Глава 2 . Экспериментальная установка для получения электронных
и ионных пучков 24
2.1. Описание ИСИЭИ 24
2.2. Автоматизированная система управления и контроля ИСИЭИ 27
2.3. Диагностическая аппаратура для контроля параметров ИСИЭИ • 33
2.4. Краткие выводы по главе 2 36 Глава 3. Автоматическая система экспресс анализа облучаемых
образцов 36
3.1. Снятие вольт-амперных характеристик ■ 38
3.2. Измерение удельного сопротивления 45
3.3. Измерение ёмкостных характеристик 47
3.4. Программное обеспечение системы экспресс-анализа облучаемых
образцов 51
3.5. Краткое заключение по главе 3 ' 55
Глава 4. Применение комплексной системы пучковых технологий
(КСПТ) в экспериментах по напылению, синтезу и модификации новых материалов . 55
4.1. Модифицированные методом пучковых технологий
графитовые взрывоэмиссионные электроды 56
4.2. Структурные изменения никелевой фольги, полученные в
результате облучения импульсным сильноточным электронным пучком 60
4.3. Напыление, модификация и синтез р- фазы углеродно-азотистых 0^4
1
плёнок
4.3.1. Экспериментальная аппаратура и режимы напыления
4.3.2. Результаты измерений СИ плёнок
4.4. Краткие выводы по главе 4 Заключение Литература
Введение
Импульсный сильноточный источник электронов и ионов (ИСИЭИ), в основе которого лежит явление “ взрывной электронной эмиссии” ,10/ и “взрывной ионной эмиссии” Д1/, был создан в Лаборатории физики частиц ОИЯИ в 1981 г. Эксплуатация установки ИСИЭИ в течение продолжительного времени показала её высокую надёжность. В течение всего этого времени она подвергалась изменениям в связи с различными применениями, но в целом её структурная схема оставалась одна и та же. Все эти годы установка эффективно использовалась для ведения исследований в области сильноточных пучков, в прикладных экспериментах по напылению, синтезу и модификации новых материалов. В последнее время акцент исследовательских работ на установке ИСИЭИ всё более смещается к решению прикладных задач. Работы в области поверхностной модификации материалов ставят задачи по исследованию новых методов синтеза материалов, таких как СЫ, БЮ и др., которые находят широкое применение в промышленности. (Как пример: графит в электротехнике; карбид кремния 8Ю- как полупроводник для высокотемпературного применения и др.) Это привело к
необходимости создания комплексной системы для проведения экспериментов в области пучковых технологий (КСПТ). В комплекс КСПТ входят:
- импульсный сильноточный источник электронов и ионов ИСИЭИ, на котором создаются пучки электронов и ионов;
- автоматическая система экспресс-анализа облучаемых образцов (СЭА), предназначенная для оперативной коррекции режимов облучения.
На рис.1 представлена структурная схема комплекса КСПТ.
Целью диссертационной работы является:
1. Создание комплексной системы КСПТ для использования в экспериментах в области пучковых технологий:
65
67
70
77
78
79
2
- создание автоматизированной системы управления и контроля ИСИЭИ;
- создание автоматической системы экспресс- анализа (автоматическое измерение электрических параметров облучаемых образцов).
2. Использование КСПТ для экспериментов в бласти пучковых технологий:
- модификация материалов при их облучении сильноточными электронными пучками;
- разработка новых технологий по напылению и модификации материалов.
1ВМ/АТ
Рис Л. Структурная схема комплексной системы КСПТ
В данной работе представлена разработанные автором диссертации автоматизированная система управления и контроля действующей сильноточной установки ИСИЭИ, и автоматическая система экспресс- анализа облучаемых образцов, объединённые в единый технологический комплекс КСПТ, предназначенный для исследовательской работы в области пучковых технологий. Приводится описание созданного пакета программ, поддерживающего работу комплекса КСПТ. Основной вклад в разработку программного обеспечения был осуществлён автором диссертации.
3
Приведены результаты модификации поверхности графита и никеля сильноточным импульсным электронным пучком. Предложен новый метод напыления, модификации и синтеза материалов сильноточными электронными и ионными пучками. Таким методом на установке ИСИЭИ были получены углеродно- азотистые пленки Сз^ с синтезированной 0- фазой, обладающие уникальными физическими свойствами. Эти плёнки по твёрдости относятся к разряду алмазноподобных.
Данная работа является частью исследований по тематике Лаборатории физики частиц Объединённого института ядерных исследований. Диссертация состоит из четырёх глав, введения и заключения.
Первая глава посвящена обзору импульсных сильноточных источников электронов и ионов и применению их в современной технике.
Во второй главе содержится описание установки ИСИЭИ, на которой проводились все эксперименты, представленные в данной диссертационной работе. Приводится описание системы автоматического управления установки, диагностическая аппаратура для контроля параметров установки, параметров пучка.
В третьей главе представлено описание автоматической системы экспресс-анализа (СЭА) облучаемых образцов. Эта система позволяет снимать вольт-амперную характеристику образца; измеряет “зондовым” методом удельное сопротивление; измеряет ёмкостные параметры. Приводится описание пакета программ, поддерживающих работу системы СЭА.
В четвёртой главе представляются результаты экспериментов по модификации и синтезу материалов.
На защиту выносятся следующие тезисы:
I. Разработана и создана комплексная система для проведения экспериментов в области пучковых технологий:
- разработана и создана автоматизированная система управления сильноточного источника ИСИЭИ;
- разработана и создана автоматическая система экспресс-анализа облучаемых образцов;
- разработано и создано программное обеспечение, позволяющее автоматизировать процесс измерения, а также осуществлять диагностику и тестовый контроль электронной аппаратуры, проводить обработку полученных данных в результате измерений.
4
электронной аппаратуры, проводить обработку полученных данных в результате измерений.
2. На комплексе КСПТ была разработана методика модификации графитовых электродов сильноточным электронным пучком, что дало возможность создать электроды для высоковольтной техники, обладающие зазором с повышенной электрической прочностью.
3. Обнаружен эффект изменения кристаллического параметра решётки а в зависимости от длительности облучения никелевой пластины сильноточным пучком электронов.
Основные результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в работах /32,33,50,51,52,66/, обсуждались на научно-методических семинарах Лаборатории физике частиц ОИЯИ, докладывались на XI международной конференции по импульсной технике (Балтимор,США,1997г), на ежегодных симпозиумах Лаборатории физики поверхностей, (университет Rutgers, NJ, USA), 1998,1999, Международной конференции по металлургическим плёнкам и покрытиям ( Сан-Диего, апрель, 97, США).
Глава 1. ОБЗОР ИМПУЛЬСНЫХ СИЛЬНОТОЧНЫХ
ЭЛЕКТРОННЫХ И ИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ
В основе работы импульсных сильноточных источников электронов и ионов (ИСИЭИ) заложены два физических принципа:
1. Получение плазмы.
2. Вытягивание электрическим полем из плазмы электронов или ионов.
Отсюда многообразие ИСИЭИ, которые различаются по способу образования плазмы, транспортировки пучков электронов и ионов и т.д. По способу получения плазмы различают ИСИЭИ: газоразрядные, искровые, источники с “взрывной электронной и ионной эмиссией” и т.д. Так как во всех этих источниках существенную роль играет плазма, то в соответствии с классификацией/17, их рассматривают как плазменные источники электронов и ионов.
5
- Киев+380960830922