Приведены результаты исследования эрозионных процессов в малогабаритном вакуумном разряднике с искровым поджигом методами электронной микроскопии, рентгенофлуоресцентного элементного анализа и масс-спектрометрии продуктов газовыделения. Изучены закономерности эрозии и переноса вещества металлических элементов разрядного устройства и диэлектрика, разряд по поверхности которого инициирует процесс коммутации. Обнаружено влияние поверхностной микроструктуры и окисной пленки, присутствующей на поверхности материала катода, на развитие дугового разряда в коммутаторе, что отвечает эктонной модели катодного пятна.
The results of researches of erosion processes in a small-size vacuum spark gap are submitted in this paper. Researches were carried out by electron microscopy, X-ray fluorescence analysis and massspectrometry of gas emission products. Regularities of erosion and transfer of substances from metal elements of the discharge device and from dielectric (breakdown over its surface initiates the process of switching in the triggered vacuum spark gap) were studied. An influence of surface microstructure and of oxide film on the surface of the cathode material on the arc discharge development was determined. The process corresponds to the ecton model of the cathode spot.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- eLIBRARY ID
- 25085463
Проведенные исследования механизма эрозии элементов вакуумного коммутирующего устройства с искровым поджигом позволяют представить типичную картину эрозии диэлектрической вставки и металлических элементов разрядного устройства, которая выглядит следующим образом.
Разряд зажигается каждый раз в результате образования катодного пятна в тройной точке металл-вакуум-диэлектрик, т. е. на стыке диэлектрической вставки и коваровой вставки, расположенной со стороны катода. Наличие диэлектрической границы, по-видимому, создает градиент температуры и давления в плазме над катодным пятном, что приводит к выносу вещества проводящей вставки в виде жидкометаллических струй в направлении катода. Отчетливо сформировавшиеся кратеры на поверхности титановой вставки и на поверхности катода, выполненного из алюминия, со значительным плавлением и разбрызгиванием металла появляются только тогда, когда до указанных элементов разрядного устройства доходят потоки жидкого металла от коваровой вставки. На поверхности ковара, подвергшегося плавлению, практически отсутствуют следы миграции катодных пятен. С появлением на поверхности катода кратеров, т. е. в условиях относительно длительного присутствия катодного пятна, фиксируются признаки формирования потока проводящего вещества в направлении от катода к диэлектрической вставке, в том числе поток плазмы материала катода. Бомбардировка плазменным потоком разрушает материал коваровой вставки, подвергшийся плавлению, и приводит к нагреву до высокой температуры материала диэлектрической вставки. В результате происходит «пузырение» и расслоение слюды, что является, вероятно, следствием выделения из материала диэлектрика паров воды.
На поверхности алюминиевого катода обнаружено присутствие окисной пленки значительной толщины. На поверхности ковара и титана присутствие окисной пленки не обнаружено. Присутствие окисной пленки на поверхности катода, которая при нагревании за счет отличия температурного коэффициента линейного расширения пленки и металлической подложки может растрескиваться, создает условия для быстрого перемещения катодного пятна по поверхности катода.
Список литературы
1. Птицын В. Э. // Письма в ЖЭТФ. 1992. Т. 55. № 6. С. 32.
2. Зельцер И. А., Карабанов А. С., Моос Е. Н. // Физика твердого тела. 2005. Т. 47. № 11. С. 1921.
3. Anders S., Anders A., Brown I. // Rev. Sci. Instrum. 1994. V. 64. No. 4. P. 1253.
4. Hantzsche E. // Contrib. Plasma Phys. 1987. V. 27. P. 293.
5. Jüttner B. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2001. V. 34. P. R103.
6. Месяц Г. А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. — М.: Наука. 2000.
7. Месяц Г. А. Импульсная энергетика и электроника. — М.: Наука. 2004.
8. Бушин С. А., Галкин С. С. // Вакуумная техника и технология. 2014. Т. 23. Вып. 1. С. 39.
9. Инструкция по эксплуатации масс-спектрометра OMG 422: прикладное программное обеспечение Quastar 422.
10. Таблицы физических величин. Справочник / Под ред. акад. И. К. Кикоина. — М.: Атомиздат. 1976.
11. Collins R. H., Turnbull J. C. // Vacuum. 1961. V. 11. No. 2. P. 119.
12. Lawson R. W. // Vacuum. 1962. V. 12. No. 3. P. 145.
13. Craig R. D. // Vacuum. 1966. V. 16. No. 2. P. 67.
14. Физические величины: Справочник / А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под ред. И. С. Григорьева, Е. С. Мелихова. — М.: Энергоатомиздат. 1991.
15. Кесаев И. Г. Катодные процессы электрической дуги. — М.: Наука. 1968.
16. Раховский В. И. Физические основы коммутации электрического тока в вакууме. — М.: Наука. 1970.
17. Сливков И. Н. Процессы при высоком напряжении в вакууме. — М.: Энергоатомиздат. 1986.
18. Иванов В. А. // Прикладная физика. 2001. № 1. С. 5.
19. Микроанализ и растровая электронная микроскопия / Под ред. Ф. Морис, Л. Мени, Р. Тиксье. — М.: Металлургия. 1985.
20. Гимельфарб Ф. А. Рентгеноспектральный микроанализ слоистых материалов. — М.: Металлургия. 1986.
21. Иванов В. А., Коныжев М. Е., Зимин А. М. и др. / 21-я Всероссийская конференция «Физика низкотемпературной плазмы» ФНТП-2014. Казань. 20—23 мая 2014. — Казань: Изд-во КНИТУ. 2014. Т. 1. С. 175.
22. Красовский В. П., Костюк Б. Д., Чувашов Ю. Н. // Адгезия расплавов и пайка материалов. 1997. № 33. С. 24.
1. V. E. Ptitsin, JETP Lett. 55 (6), 32 (1992).
2. I. A. Zel’tser, A. S. Karabanov, and E. N. Moos, Phys. Solid State 47, 1921 (2005).
3. S. Anders, A. Anders, and I. Brown, Rev. Sci. Instrum. 64, 1253 (1994).
4. E. Hantzsche, Contrib. Plasma Phys. 27, 293 (1987).
5. B. Jüttner, J. Phys. D: Appl. Phys. 34, R103 (2001).
6. G. A. Mesyats, Ectons in Vacuum Discharge (Nauka, Moscow, 2000) [in Russian].
7. G. A. Mesyats, Pulse Energetics and Electronics (Nauka, Moscow, 2004) [in Russian].
8. S. A. Bushin and S. S. Galkin, Vakuumn. Tekhnik. Tekhnol. 23 (1), 39 (2014).
9. Handbook on OMG 422: Quastar 422.
10. Tables on Physical Values Ed. by I. K. Kikoin (Atomizdat, 1976) [in Russian].
11. R. H. Collins and J. C. Turnbull, Vacuum 11 (2), 119 (1961).
12. R. W. Lawson, Vacuum 12 (3), 145 (1962).
13. R. D. Craig, Vacuum 16 (2), 67 (1966).
14. A. P. Babichev et al., Physical Values. Handbook, Ed. by I. S. Grigor’ev et al., (Energoatomizdat, Moscow, 1991) [in Russian].
15. I. G. Kesaev, Cathode Processes of Electric Arc (Nauka, Moscow, 1968) [in Russian].
16. V. I. Rakhovskii, Physical Foundations of Commutation of Electric Current in Vacuum (Nauka, Moscow, 1970) [in Russian].
17. I. N. Slivkov, Processes at High Voltage in Vacuum (Energoatomizdat, Moscow, 1986) [in Russian].
18. V. A. Ivanov, Prikladnaya Fizika, No. 1, 5 (2001).
19. Microanalysis and Scanning Electron Microscopy. Ed. by F. Moris et al., (Metallurgiya, 1985) [in Russian].
20. F. A. Gimelfarb, X-ray Microanalysis of Schistose Materials (Metallurgiya, Moscow, 1986) [in Russian].
21. V. A. Ivanov, M. E. Konyzhev, A. M. Zimin, et al., in Proc. 21-st All-Russian Conf. on Physica of Low-Temperature Plasma (FNTP-2014, Kazan, May 20-13, 2014).Vol. 1. P. 175.
22. V. P. Krasovsky, B. D. Kostyuk, and Yu. N. Chuvashov, Adgeziya Rasplavov, No. 33, 24 (1997).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Гитлин М. С. Визуализация пространственного распределения интенсивности миллиметровых волн при помощи оптического континуума, излучаемого газовым разрядом в смеси Cs–Xe. Часть I. Метод и его физические основы (обзор) 515
Шемухин А. А., Назаров А. В., Кожемяко А. В., Балакшин Ю. В. Влияние энергии ионов пучка Si+ на образование дефектов и твердофазную рекристаллизацию вблизи границы раздела кремний-сапфир 537
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Асюнин В. И., Бушин С. А., Давыдов С. Г., Долгов А. Н., Пилюшенко А. В., Пшеничный А. А., Ревазов В. О., Якубов Р. Х. Эрозионные процессы в малогабаритном вакуумном разряднике с искровым поджигом 542
Арделян Н. В., Бычков В. Л., Космачевский К. В., Максимов Д. С. Ионизация воздуха в предгрозовых атмосферных условиях 553
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Бурлаков И. Д., Болтарь К. О., Мирофянченко А. Е., Власов П. В., Лопухин А. А., Пряникова Е. В., Соловьев В. А., Семенов А. Н., Мельцер Б. Я., Комиссарова Т. А., Львова Т. В., Иванов С. В. Исследование структур InSb, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии 559
Дражников Б. Н., Козлов К. В., Кузнецов П. А., Соляков В. Н. Анализ эффективности пространственной фильтрации сигналов на выходе фотоприемного устройства с режимом временной задержки и накопления 566
Жегалов С. И., Фадеев В. В. Исследование нейронной схемы формирования изображения для фотоприемного устройства с микросканированием 573
Яковлева Н. И., Никонов А. В., Шабаров В. В. Экспериментальные исследования и расчеты спектральной зависимости коэффициента поглощения в однослойных эпитаксиальных структурах HgCdTe 579
Лобачев А. В., Соломонова Н. А., Тресак В. К., Шкетов А. И., Фирсенкова Ю. А. Исследование коэффициента фотоэлектрической связи ультрафиолетового матричного фотоприемного устройства 589
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Высикайло Ф. И., Митин В. С., Митин А. В., Краснобаев Н. Н., Беляев В. В. Высокоскоростное ионно-плазменное магнетронное распыление для металлизации керамических теплоотводов мощных СВЧ-транзисторов (обзор) 594
ИНФОРМАЦИЯ
XLIII Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу 604
24-я Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения 607
Сводный перечень статей, опубликованных в журнале «Успехи прикладной физики» в 2015 г. 608
Правила для авторов 610
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
M. S. Gitlin Imaging of millimeter wave intensity profiles using a visible continuum radiation from a Cs–Xe DC discharge. Part I. A technique and its fundamentals (a review) 515
A. A. Shemukhin, A. V. Nazarov, A. V. Kozhemyako, and Yu. V. Balakshin The influence of the ion energy for the Si+ beam on the defect formation and solid-phase recrystallization near the silicon-sapphire interface 537
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
V. I. Asiunin, S. A. Bushin, S. G. Davydov, A. N. Dolgov, A. V. Pilyushenko, A. A. Pshenichniy, V. O. Revazov, and R. Kh. Yakubov Erosion processes in a small-size vacuum spark gap 542
N. V. Ardelyan, V. L. Bychkov, K. V. Kosmachevskii, and D. S. Maximov Air ionization under extreme physical conditions 553
PHOTOELECTRONICS
I. D. Burlakov, K. O. Boltar, A. E. Mirofyanchenko, P. V. Vlasov, A. A. Lopukhin, E. V. Pryanikova, V. A. Solov’ev, A. N. Semenov, B. Ya. Mel’tser, T. A. Komissarova, T. V. L’vova, and S. V. Ivanov Investigation of InSb structures grown by molecular beam epitaxy 559
B. N. Drajnikov, K. V. Kozlov, P. A. Kyznetsov, and V. N. Solyakov The analysis of TDI FPA images dimensional filtration efficiency 566
S. I. Zhegalov and V. V. Fadeev A neural scheme for the FPA image formation with microscanning 573
N. I. Iakovleva, V. Nikonov, and V. V. Shabarov Investigation and calculation of absorption spectra in the HgCdTe single-layer epitaxial structures 579
A. V. Lobachyov, N. A. Solomonova, V. C. Tresak, A. I. Shketov, and Yu. A. Firsenkova The dependence of the coefficient of pixel crosstalk for a ultraviolet FPA on the operating point 589
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
P. I. Vysikaylo, V. S. Mitin, A. V. Mitin, N. N. Krasnobaev, and V. V. Belyaev Using the high-speed ion plasma magnetron sputtering to metallization of ceramic heatsinks in cooling devices of the powerful microwave transistors (a review) 594
INFORMATION
XLIII International Zvenigorod Conference on Plasma Physics and Controlled Thermonuclear Fusion 604
XXIV International Conference on Photoelectronics and Nigth Vision Devices 607
The summary list of the articles published in Uspekhi Prikladnoi Fiziki in 2015 608
Rules for authors 610
Другие статьи выпуска
В работе различными аналитическими методами исследовались эпитаксиальные структуры InSb, выращенные методом молекулярно-лучевой эпитаксии на сильнолегированных подложках InSb (100). Подложки предварительно подвергались серной пассивации в Na2S. Исследования показали, что образцы имели гладкую поверхность с значениями среднеквадратичной шероховатости менее 1 нм при достаточно хорошем структурном совершенстве. Исследования на просвечивающем электронном микроскопе подтвердили предположение о гладкости интерфейса между подложкой и эпитаксиальным слоем. На полученных структурах изготовлены и исследованы фотодиодные матрицы формата 320256.
Рассмотрены плазмохимические процессы в больших областях воздуха (на больших временах) в экстремальных грозовых и атмосферных условиях. Проведено математическое моделирование, на основе которого оценены эффективные величины приведенных напряжённостей электрических полей при лавинном развитии процессов нагрева газа. Оценены величины температуры локального разогрева. Дана оценка роли острий в объеме газа в исследуемых процессах развития нагрева. Развитие разрядов на этих объектах может порождать появление очагов свечения и воспламенения углеводородных материалов, которые будут проявляться в виде огней Хессдалена и лесных светящихся шаров.
В работе исследовано образование дефектов и последующая твердофазная рекристаллизация в пленках кремния на сапфире в процессе облучения ионами кремния с энергиями в диапазоне от 170 до 230 кэВ при различных температурах подложки. С помощью методики резерфордовского обратного рассеяния в сочетании с каналированием обнаружено, что полное разрушение сильнодефектной области зависит от энергии имплантируемых ионов. Энергия разупорядочения сильнодефектной области при температуре жидкого азота — 200 кэВ, а при комнатной температуре — 230 кэВ.
Представлена первая часть обзора, который посвящен динамическому методу визуализации и измерения пространственного распределения интенсивности миллиметрового (ММ) излучения при помощи оптического континуума (ОК), излучаемого положительным столбом (ПС) разряда постоянного тока в смеси паров цезия с ксеноном. В ней рассмотрены принципы действия и физические основы этого нового метода. Приведено описание разрядной трубки и экспериментальной установки, которые были использованы для создания широкого однородного плазменного слоя с помощью Cs─Xe-разряда при давлении газа 45 Торр. Рассмотрены эксперименты, в которых изучено воздействие ММ-излучения на такой плазменный слой. Обсуждается механизм влияния ММ-излучения на яркость ОК, излучаемого ПС Cs─Xe-разряда, а также причины нарушения локальности связи между интенсивностью MM-излучения и яркостью оптического континуума. Описаны модельные эксперименты по визуализации излучения на выходе рупорных антенн и в квазиоптических пучках, которые показали, что этот метод может быть успешно использован для визуализации электромагнитного излучения средней интенсивности во всем диапазоне ММволн. Метод обладает микросекундным временным разрешением, его пространственное разрешение около 2 мм. Продемонстрировано, что энергетическая чувствительность метода в восьмимиллиметровом и двухмиллиметровом диапазоне не хуже, чем 10 и 200 мкДж/см2 соответственно.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400