Исследование генерации импульсного электронного пучка в плазменном эмиттере на основе дугового разряда низкого давления

Проскурина, Елена Александровна Отделение материаловедения (ОМ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В работе представлен обзор методов генерации электронных пучков с плотностью энергии, достаточной для изменения фазового состояния поверхности металлических и металлокерамических материалов. Рассмотрены преимущества плазменных источников электронов и перспективность использования дугового разряда низкого давления в качестве источника эмиссионной плазмы. Описано устройство и принцип работы плазменного источника электронов на основе дугового разряда низкого давления “СОЛО”. Проведены исследования характеристик генерируемого электронного пучка в зависимости от параметров эмиттера. А также с помощью эмиссионного и плоского зондов измерен потенциал плазмы в течение импульса тока разряда плазменного источника электронов с сеточной стабилизацией эмиссионной границы.

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 15

1. Электронные источники с плазменным эмиттером ……………………………… 17

1.1. Электронный источник с плазменным катодом для генерации
ленточного пучка в форвакуумном диапазоне давлений ………………………… 17

1.2. Высокоэнергетичные источники электронов микросекундной и
субмикросекундной длительности (ГЕЗА) …………………………………………….. 22

1.3. Источник НСЭП «РИТМ» с плазменным анодом на основе
сильноточного отражательного разряда …………………………………………………. 25

1.4. Плазменный источник интенсивного низкоэнергетического
электронного пучка на основе дугового разряда низкого давления «СОЛО»
2. Зондовые методы диагностики плазмы ……………………………………………….. 36

2.1. Электрические зонды ……………………………………………………………………. 38

2.1.1. Плоский зонд с охранным кольцом………………………………………….. 39

2.1.2. Эмиссионный электрический зонд …………………………………………… 40

2.2. Методика измерения параметров плазмы плоским зондом с охранным
кольцом ………………………………………………………………………………………………… 41

2.3. Методика измерения параметров плазмы эмиссионным зондом …….. 46

3. Методика эксперимента ……………………………………………………………………… 49

3.1. Система измерения параметров плазмы плазменного источника
электронов «СОЛО» ……………………………………………………………………………… 50

3.1.1. Контроль и измерение токов в цепях электронного источника …. 50

3.1.2. Контроль ускоряющего напряжения ………………………………………… 51

3.1.3. Система газового питания электронного источника …………………. 52
3.1.4. Контроль импульсных сигналов в цепях электронного источника
3.2. Методика измерения плоским зондом с охранным кольцом …………… 53

3.3. Методика измерения эмиссионным зондом …………………………………… 57

4. Результаты эксперимента ……………………………………………………………………. 65

5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 81

5.1. Потенциальные потребители результатов исследования ………………… 82

5.2. Анализ конкурентных технических решений c позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ………………………………………… 82

5.3. SWOT-анализ ……………………………………………………………………………….. 85

5.4. План проекта ………………………………………………………………………………… 87

5.4.1. Структура работ в рамках научного исследования ……………………… 87

5.5. Определение трудоемкости выполнения работ ……………………………… 88

5.6. Разработка графика проведения научного исследования ……………….. 89

5.7. Бюджет научного исследования ……………………………………………………. 93

5.7.1. Расчет материальных затрат НТИ ……………………………………………. 94

5.7.2. Расчет затрат на специальное оборудование для научных
(экспериментальных) работ ………………………………………………………………… 96

5.7.3. Основная заработная плата исполнителей темы……………………….. 97

5.7.4. Дополнительная заработная плата исполнительной системы ….. 100

5.7.5. Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) . 100

5.7.6. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского
проекта …………………………………………………………………………………………….. 101

5.8. Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования 102
6. Социальная ответственность …………………………………………………………….. 107

6.1. Производственная безопасность ………………………………………………….. 107

6.1.1. Анализ выявленных вредных факторов при проведении
исследования: …………………………………………………………………………………… 107

6.1.2. Анализ выявленных опасных факторов при проведении
исследования: …………………………………………………………………………………… 114

6.2. Экологическая безопасность ……………………………………………………….. 119

6.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………….. 119

6.4. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности . 122

Список используемой литературы ………………………………………………………….. 124

В настоящее время низкоэнергетические субмиллисекундные
электронные пучки с плазменным катодом активно применяются для
модифицирования поверхности металлических и металлокерамических
материалов, а также используются для исследований в этой области [1].
Модифицирование поверхности стали электронным пучком может включать в
себя несколько технологических операций, например, предварительный
нагрев, электронно-пучковую полировку, закалку, перемешивание в
поверхностном слое покрытия со стальной основой. Каждая операция требует
специфических параметров электронного пучка, которые, в общем случае,
различны для разных марок стали. Плазменный источник электронов может
работать в различных режимах обработки поверхностей металлов, так как
параметры в плазменном источнике электронов с плазменным катодом на
основе дугового или тлеющего разряда, и как правило для источников с
сеточной стабилизацией границы плазмы источника можно варьировать
независимо друг от друга. Следует развивать уже достигнутые параметры и
расширять диапазоны основных рабочих характеристик.
В рамках магистерской диссертации было проведено исследование
потенциала катодной плазмы в зависимости от параметров эмиттера,
поскольку существует необходимость контролировать процессы плазменно-
пучковой обработки для улучшения эксплуатационных свойств
металлических и металлокерамических изделий. Поэтому важно
контролировать такую характеристику разряда как потенциал плазмы,
который позволяет понять физические процессы, происходящие в ней и
прогнозировать ее свойства.
Для измерения потенциала плазмы существует целый ряд методик
диагностики плазмы, подразделяющихся на бесконтактные
(спектроскопическая, оптическая и термографическая) и контактные
(зондовая, электромагнитная, болометрическая). Особое место среди
перечисленных методов занимает зондовая диагностика плазмы,
предложенная Ленгмюром [2], которая, как и прочие контактные методы, не
вносит возмущения в плазму. Однако возмущения локализуются в слоях
плазмы, прилегающих к поверхности зонда, а параметры призондовой плазмы
удается связать с ее объемными характеристиками. А поскольку зонд может
выдержать ограниченный энергетический поток частиц, измерить им можно
только низкотемпературную плазму. Важным преимуществом данного метода
среди прочих является локальность измерений, простота используемой
аппаратуры и возможность подбора конструкции зонда под особенности
разряда.
Из множества известных конструкций зондов для измерения параметров
низкотемпературной плазмы наиболее эффективными являются плоский зонд
с охранным кольцом и «плавающий» эмиссионный зонд. Выбор плоского
зонда с охранным кольцом, в сравнении с обычным плоским (зонд Ленгмюра)
обусловлен тем, что его конструкция позволяет уменьшить влияние краевых
эффектов. А эмиссионный плавающий зонд непосредственно, в пределах
своей точности, указывает потенциал плазмы без последовательных
измерений по точкам или обработки полученных данных. Благодаря этому
эмиссионный зонд позволяет следить за изменениями потенциала плазмы
вплоть до нижних частот ВЧ-диапазона.
Зная, как зависит потенциал плазмы от параметров разряда можно не
только управлять параметрами разряда, но и модернизировать источник
электронов под определенные задачи и применения.
Таким образом целью данной работы является определение потенциала
плазмы в течение импульса тока разряда плазменного источника электронов с
сеточной стабилизацией эмиссионной границы.
Важным требованием при эффективной плазменной обработке деталей
является управление характеристиками газового разряда низкого давления.
Для исследований разряда главные задачи состоят в определении
распределения электрических потенциалов в разрядной ячейке, а также
разработать методику и оборудование для измерения катодного потенциала.
1. Электронные источники с плазменным эмиттером
В настоящее время существуют различные источники электронов с
плазменным эмиттером, которые используются для фундаментальных и
прикладных задач, например, обработки материалов в вакууме, полировки
металлов, модифицирования поверхности металлических изделий. Создание
источников с плазменным катодом обусловлено преимуществами перед
традиционно используемыми термоэмиссионными катодами, например, более
высокая плотность эмиссионного тока, способность к импульсной эмиссии,
более широкий диапазон давлений остаточного газа и ряд других. Важная
особенность плазменного катода состоит в возможности отбора из плазмы
практически всех электронов, генерируемых в разрядном промежутке. Это
обуславливает высокую эффективность эмиттера электронов такого типа [3].
Далее в главе приводятся действующие плазменные источники для генерации
электронного пучка, их конструкция и основные параметры, а также
достоинства и недостатки.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Евгений А. доктор, профессор
    5 (154 отзыва)
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - ... Читать все
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - по социальной работе.
    #Кандидатские #Магистерские
    260 Выполненных работ
    Татьяна П. МГУ им. Ломоносова 1930, выпускник
    5 (9 отзывов)
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.
    #Кандидатские #Магистерские
    11 Выполненных работ
    Егор В. кандидат наук, доцент
    5 (428 отзывов)
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Ск... Читать все
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Скорее всего Ваш заказ будет выполнен раньше срока.
    #Кандидатские #Магистерские
    694 Выполненных работы
    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы
    Родион М. БГУ, выпускник
    4.6 (71 отзыв)
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    #Кандидатские #Магистерские
    108 Выполненных работ
    Дмитрий М. БГАТУ 2001, электрификации, выпускник
    4.8 (17 отзывов)
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал стать... Читать все
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал статьи, патенты, кандидатскую диссертацию, преподавал. Занимаюсь этим с 2003.
    #Кандидатские #Магистерские
    19 Выполненных работ
    Мария А. кандидат наук
    4.7 (18 отзывов)
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет... Читать все
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет, реклама, журналистика, педагогика, право)
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Шагали Е. УрГЭУ 2007, Экономика, преподаватель
    4.4 (59 отзывов)
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и... Читать все
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и диссертаций, Есть любимые темы - они дешевле обойдутся, ибо в радость)
    #Кандидатские #Магистерские
    76 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Оптимизация разрядного контура возбуждения CuBr лазера
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Импульсный плазмохимический синтез углеродсодержащих композитов на основе TiO2
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Автономная следящая система для комплекса цифровой радиографии
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)