Проведены экспериментальные исследования импульсного вакуумного дугового разряда с катодом из чистого бора. Поскольку в нормальных условиях бор имеет высокое удельное сопротивление (1,8×106 Ом см), инициирование дугового разряда требует нагрева катода до температур выше 600÷650 С, при которых бор приобретает заметную проводимость. Представлены результаты, касающиеся зажигания дугового разряда с катодом из бора и обеспечения стабильности его горения, а также результаты измерения параметров разряда, оптического эмиссионного спектра и масс-зарядового состава дуговой плазмы. Практически на 100 % плазма, сформированная разрядом, состоит из одно- и двухзарядных ионов бора, в соотношении 1:1.
Приведена конструкция импульсного газоразрядного источника УФ-излучения с двумя оболочками, в котором сапфировая трубка размещена в разрядной части кварцевой лампы с фольговыми токовводами. Такое конструктивное решение позволяет повысить устойчивость разрядной оболочки к термическому воздействию импульсного дугового разряда. Проведены исследования электротехнических и радиационных параметров импульсной лампы в разрядном контуре с емкостью 40 мкФ и напряжением заряда конденсатора 2,42 кВ. Максимум плотности тока достигается за 31 мкс и составляет 10 кА/см2. Импульсная электрическая мощность в лампе составила 2,8 МВт, что позволило достичь яркостной температуры 11 кК в спектральном диапазоне 237–267 нм. Измеренная энергия излучения в диапазоне 200–300 нм составляет 26 % от всей излученной энергии.
Проведен анализ процессов в плазме вакуумной дуги, которые, возможно, приводят к образованию и росту фрактальных агрегатов. В основе анализа лежат результаты, полученные при исследовании катодного пятна и структуры пылевых частиц плазмы дугового разряда. Одна из возможных причин формирования фрактальных структур – возникновение токовых слоев и капельных пятен при сближении катодных пятен. Поток ионов между сближающимися катодными пятнами дугового разряда при их движении по плоскости распыляемого катода можно рассматривать как токовые слой. Магнитное поле, создаваемое токовым слоем, является источником энергии. Диссипация этой энергии означает создание неустойчивости фронта роста, в которых может происходить образование фракталоподобных агрегатов. Этот процесс можно отнести к явлению дрейфово-диссипативной неустойчивости – одному из видов плазменной микронеустойчивости.
Рассмотрен новый тип плазменной ловушки с электростатическим способом удержания положительно заряженных ионов внутри облака отрицательно заряженных микрочастиц в плазме положительного столба тлеющего разряда (комплексной плазме). Такая ловушка может представлять интерес для плазменных технологий при низких и криогенных температурах, так как характеризуется высокой концентрацией удерживаемых ионов и выделяет меньше тепла, чем плазма без микрочастиц. На основе данных эксперимента проведён расчёт параметров комплексной плазмы с использованием жидкостной модели и выполнена оценка эффективности накопления ионов в плазменной ловушке. Получено, что интенсивность накопления ионов в облаке микрочастиц может превышать или быть ниже интенсивности их образования в плазме свободного от микрочастиц разряда. В первом случае комплексная плазма находится в режиме эффективного удержания ионов, где ловушка является концентратором ионов, а во втором – в режиме неэффективного. Основываясь на значениях коэффициента относительного перегрева, показано, что комплексная плазма электрического разряда представляет собой более эффективный инструмент для создания необходимой концентраций холодных ионов, чем плазма без микрочастиц.
Приводятся результаты экспериментального исследования и численного моделирования долевого содержания ионов аргона и меди в плазме, генерируемой в планарном магнетроне постоянного тока с медной мишенью в газовом режиме (при давлении аргона уровня 0,1 Па), и в вакуумном режиме (при давлении остаточного газа 0,004 Па). Показано, что доли ионов меди в газовом и вакуумном режимах при токе разряда, достаточном для поддержания режима самораспыления (10 А), достаточно близки и
составляют 97 % и 100 %, соответственно. Результаты экспериментов и численных оценок свидетельствуют о возможности осуществления стабильного функционирования непрерывного разряда и получения потока металлических ионов в высоком вакууме в планарном магнетроне без эффектов термического испарения или сублимации
медной мишени.
Представлены результаты исследования влияния пиковой и средней электрической объемной плотности мощности на эффективность излучения и яркостную температуру в бактерицидном диапазоне спектра 200–300 нм. Получена линейная зависимость изменения КПД излучения в диапазоне от 5,1 до 8,4 % при росте средней объемной плотности мощности от 177 до 390 кВт/см3. Зависимость яркостной температуры в указанной области спектра от пиковой объемной плотности мощности представляет собой логарифмический характер с уменьшением скорости роста при приближении к 9 кК. Такой эффект может быть связан как с запиранием излучения парами испаренного кварца, так и с экранированием УФ-излучения внешними слоями плазмы.
Представлены результаты исследования влияния организации инициирования разряда на долговечность импульсной газоразрядной трубчатой лампы в спектральном диапазоне 200–300 нм. При последовательной схеме инициирования энергия излучения лампы снижается на 50 % от начального значения за 600 тысяч импульсов, что объясняется развитием слаботочного разряда по образующей разрядной колбы лампы, обращенной к «земляной» поверхности установки, и воздействию на нее повышенных тепловых и радиационных потоков на стадии формирования сильно-точного разряда. За счет поддержания слаботочного плазменного канала, стабилизированного по оси лампы, получено снижение скорости оптической деградации оболочки лампы в 8–10 раз при наработке в 1 млн импульсов.