К.Т. Ашурова, к.т.н. М.С. Воробьёв, В.Н. Девятков, д.т.н. Н.Н. Коваль, П.В. Москвин, В.И. Шин
Экспериментально и теоретически продемонстрирован уникальный способ управления мощностью субмиллисекундного электронного пучка в течение его импульса в источнике электронов с сеточным плазменным катодом. Такой способ, основанный на использовании амплитудно- и широтно-модулированного тока дугового разряда, ответственного за генерацию эмиссионной плазмы, позволяет генерировать субмиллисекундные пучки переменной мощности (до 10 МВт при максимальной скорости изменения не более 0,5 МВт/мкс), которые, в том числе, можно использовать для обработки различных металлических материалов с целью изменения функциональных свойств их поверхности с возможностью управления скоростью ввода энергии пучка в материал. Разработанный способ расширяет технологические возможности импульсной электронно-пучковой модификации поверхности материалов и изделий и перспективен для использования в промышленности. На рис. 1 представлен пример генерации пучка, позволяющий удерживать температуру поверхности образца силумина на уровне T≈1000 °С с коэффициентом пульсации температуры менее 15%, который, может быть существенно уменьшен при использовании более прецизионного источника электропитания разряда.
Рис. 1 (а) - эксперимент. Характерные осциллограммы тока дугового разряда Id, 20 A/дел. (голубой), тока в ускоряющем промежутка I0, 20 A/дел. (фиолетовый), ускоряющего напряжения U0, 5 кВ/дел. (зелёный) и температуры поверхности образца силумина T (оранжевый), оцениваемая как T=308+164·U, где U = 1 В/дел., развертка 100 мкс/дел.
Рис. 1 (б) - численное моделирование (сплошная линия), экспериментальные результаты (прерывистая линия).
Публикации
- М.С. Воробьёв, П.В. Москвин, В.И. Шин, Н.Н. Коваль, К.Т. Ашурова, С.Ю. Дорошкевич, В.Н. Девятков, М.С. Торба, В.А. Леванисов. Динамическое управление мощностью мегаваттного электронного пучка субмиллисекудной длительности в источнике с плазменным катодом // Письма в ЖТФ. – 2021. – Т. 47. – вып. 10. – С. 38-42. https://doi.org/10.21883/PJTF.2021.10.50972.18719
- P.V. Moskvin, V.N. Devyatkov, M.S. Vorobyov, V.I. Shin, I.V. Lopatin, N.N. Koval, S. Yu. Doroshkevich, M.S. Torba. Electron beam generation in an arc plasma source with an auxiliary anode plasma // Vacuum. – 2021. – V. 191. – P. 110338. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2021.110338
- M. Vorobyov, T. Koval, V. Shin, P. Moskvin, My Kim An Tran, N. Koval, K. Ashurova, S. Doroshkevich, M. Torba. Controlling the Specimen Surface Temperature During Irradiation with a Submillisecond Electron Beam Produced by a Plasma-Cathode Electron Source // IEEE Transactions on Plasma Science. – 2021. – V. 49. – № 9. – P. 2550 – 2553. https://doi.org/10.1109/TPS.2021.3089001
Результат получен в рамках проекта РНФ № 20-79-10015 «Научные основы генерации мегаваттных амплитудно- и широтно-модулированных электронных пучков субмиллисекундной длительности на основе источника с плазменным катодом для эффективной модификации поверхности металлов и сплавов».
Приоритетное направление
1.3.4.4. Физика плазменных устройств
Результат получен сотрудниками ЛПЭЭ
