Морфология разрушений твердых тел при облучении сильноточным электронным пучком в режиме филаментации и самофокусировки

Работа направлена на выяснение механизмов разрушения твердых тел под действием сильноточных электронных пучков (СЭП) и определение параметров филаментированного электронного пучка. Изучена морфология разрушений, образующихся в металлах и полимерах при облучении СЭП в режиме его филаментации и самофокусировки в вакуумном диоде электронного ускорителя, изготовленного на базе ГИН-600.
Анализ экспериментальных результатов свидетельствует о том, что в зонах расположения филамент генерируются низкоэнергетические электроны с энергией 50-100 кэВ и объемной плотностью энерговыделения (10^9 – 10^10) Дж/м^3.

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………………………………..10
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ………………………………………………………………………………………….12
1.1 Физико-химические процессы, инициируемые СЭП в конденсированных средах. …….12
1.1.1 Особенности диссипации энергии СЭП в конденсированных средах………………… 12
1.1.2 Электрический пробой и разрушение диэлектриков и полупроводников при
облучении СЭП ……………………………………………………………………………………………………………….. 12
1.1.2.1 Закономерности развития электрических разрядов в диэлектриках вне зоны
торможения СЭП …………………………………………………………………………………………………………….. 13
1.1.2.2 Закономерности развития электрических разрядов в диэлектриках в зоне
торможения СЭП …………………………………………………………………………………………………………….. 17
1.1.2.3 Периодические структуры разрушения …………………………………………………….. 20
1.2 Генерация и самофокусировка мощных электронных пучков в вакуумном диоде со
взрывоэмиссионным катодом ……………………………………………………………………………………………21
1.2.1 Получение и самофокусировка РЭП ………………………………………………………………… 22
1.2.1.1 Сильноточные диоды с плоскими электродами без внешнего магнитного поля
……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 22
1.2.1.2 Фокусировка в диодах с большим Rк/dка……………………………………………………. 25
1.2.2 Генерация ударных волн и разрушение твердых тел при облучении РЭП …………. 26
1.3 Основные выводы из литературного обзора и постановка задач исследования ………….35
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ……..37
2.1 Экспериментальная установка для исследования свечения и разрушения
конденсированных сред …………………………………………………………………………………………………….37
2.2 Объекты исследований …………………………………………………………………………………………….40
2.3 Экспериментальные результаты и их обсуждение …………………………………………………….41
2.3.1 Пространственное распределение свечения и разрушений в зоне торможения
электронного пучка в ПММА при облучении СЭП низкой плотности ………………………………. 41
2.3.2 Филаментация и самофокусировка СЭП в опытах на ускорителе (0,2 МэВ; 2 кА;
12 нс) ………………………………………………………………………………………………………………………………. 46
2.3.2.1 Морфология разрушений, формируемых в металлах филаментированным и
самосфокусированным СЭП ……………………………………………………………………………………………. 46
2.3.2.2 Морфология разрушений, формируемых филаментированным СЭП в
полимерах ……………………………………………………………………………………………………………………….. 49
Выводы ………………………………………………………………………………………………………………………..56
3. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………58
3.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения ………………………………59
3.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования …………………………………… 59
3.1.2 Технология QuaD …………………………………………………………………………………………… 60
3.1.3 SWOT-анализ…………………………………………………………………………………………………. 61
3.2 Планирование научно-исследовательских работ ………………………………………………………63
3.2.1 Структура работ в рамках научного исследования …………………………………………… 63
3.2.2 Определение трудоемкости выполнения работ ………………………………………………… 64
3.2.3 Разработка графика проведения научного исследования ………………………………….. 65
3.2.4 Бюджет научно-технического исследования (НТИ)………………………………………….. 66
3.3 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и экономической
эффективности исследования …………………………………………………………………………………………….70
3.4 Вывод к разделу ………………………………………………………………………………………………………73
4. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ …………………………………………………………………….77
4.1 Производственная безопасность ………………………………………………………………………………78
4.1.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть в лаборатории
при проведении исследований …………………………………………………………………………………………. 78
4.1.2 Обоснование мероприятий по защите исследователя от опасных и вредных
факторов …………………………………………………………………………………………………………………………. 82
4.2 Экологическая безопасность ……………………………………………………………………………………84
4.2.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду…………………………. 84
4.2.2 Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду ………………………. 84
4.2.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ……………………………….. 85
4.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………………………………86
4.3.1 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть в лаборатории при проведении
исследований…………………………………………………………………………………………………………………… 86
4.3.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка порядка действий
в случае возникновения ЧС ……………………………………………………………………………………………… 87
4.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности……………………………89
4.4.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства …………………………….. 89
4.4.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны исследователя …. 89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………………92
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ……………………………………………………………………………………………..93
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………………94
ПРИЛОЖЕНИЕ A …………………………………………………………………………………………………………..99

1. Изучена морфология разрушений, образующихся в металлах и
полимерах при облучении СЭП в режиме его филаментации и
самофокусировки в вакуумном диоде электронного ускорителя, изготовленного
на базе ГИН-600.
В полимерах обнаружены два типа электрических разрядов, образующихся
в зоне торможения электронного пучка и отличающихся размерами, объемной
плотностью и глубиной залегания.
Анализ экспериментальных результатов свидетельствует о том, что в
вакуумном диоде электронного ускорителя (200 кэВ, 2 кА, 12 нс), работающего
в режиме филаментации и самофокусировки генерируются электронные пучки
двух видов, отличающиеся энергией электронов и плотностью энергии. В зонах
расположения филамент генерируются низкоэнергетические электроны с
энергией 50-100 кэВ и объемной плотностью энерговыделения 109 – 1010 Дж/м3.
Одновременно формируются высокоэнергетические электроны, однородно
распределенные в зоне торможения с объемной плотностью, характерной для
работы вакуумного диода в обычном режиме.
Сделано предположение о том, что филаментированные электронные
пучки представляют собой убегающие электроны, образующиеся в вакуумном
диоде ускорителя (200 кэВ, 2 кА, 12 нс) в процессе его работы.

2. Проведена оценка коммерческого потенциала и перспективности
проведения научных исследований с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения. Определены потенциальные потребители научного
исследования.
3. В разделе социальная ответственность рассмотрены вопросы
производственной безопасности, проведен анализ и выявлены вредные факторы
при разработке и эксплуатации проектируемого решения.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ
1. Нгуен В.В. Исслeдoвaниe дeгрaдaции кoмпoзитныx люминoфoрoв при
oблучeнии элeктрoнным пучкoм // Сборник трудов, Высокие технологии в
современной науке и технике (ВТСНТ – 2016), V Международная научно-
техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов, г. Томск, 5
– 7 декабря 2016 г. – с. 299 – 230.

2. Нгуен В.В., Олешко В.И. Морфология разрушений твердых тел при
облучении сильноточным электронным пучком в режиме филаментации и
самофокусировки // Сборник тезисов, материалы Двадцать четвертой
Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых
(ВНКСФ-24, Томск) – 2018. – с. 189 –190.