Представлены результаты численного анализа и экспериментальных исследований по формированию форвакуумным плазменным источником электронов непрерывного ленточного пучка. Определена оптимальная геометрия электродов ускоряющей системы электронного источника, обеспечившая формирование слаборасходящегося ленточного электронного пучка в отсутствие продольного магнитного поля и специальной фокусирующей системы. Результаты численного моделирования подтверждаются данными эксперимента.
Проведено исследование излучательных характеристик индукционного разряда низкого давления на частотах 0,5—12,0 МГц и мощности 25—130 Вт в смеси паров ртути ( ≈ 10-2 Торр) и аргона (0,1—0,6 Торр) в трубках длиной 300 мм и диаметром 40, 50, 60 и 70 мм с помощью индуктивной катушки, охватывающей трубку по ее продольному периметру. Установлено, что потоки и КПД генерации резонансного ультрафиолетового (УФ) излучения лампы на длинах волн 185 и 254 нм возрастают с увеличением диаметра разрядной трубки, числа витков катушки и частоты разрядного тока и уменьшаются с увеличением давления аргона. Установлено, что влияние частоты разрядного тока на излучательные характеристики ламп проявляется «через» КПД индуктивной катушки ηcoil = 1–(Pcoil/P). Обнаружено, что поток и КПД генерации УФ-излучения плазмы на длине волны 185 нм возрастают с увеличением мощности плазмы. Зависимость КПД генерации УФ-излучения лампы на длине волны 254 нм от мощности лампы имеет максимум на той же мощности, на которой зависимость мощности потерь в проводе катушки Pcoil от мощности лампы имеет минимум. Увеличение диаметра трубки, частоты разрядного тока, числа витков катушки и давления аргона сдвигает положение максимума в сторону меньших мощностей лампы. Результаты расчета суммарного КПД генерации УФ-излучения ηUV = η185 + η254 качественно согласуются с результатами эксперимента.
Активное развитие направления фотохимической очистки воздуха за счёт наработки озона и активных радикалов привело к повышенному спросу на мощные и эффективные источники УФ-излучения с длиной волны 185 нм. В настоящее время КПД таких источников невысок, а закономерности генерации ВУФ-излучения газоразрядными лампами низкого давления изучены в недостаточной мере. В данной работе приведены результаты экспериментального исследования потока и КПД генерации излучения на длине волны 185 нм при низких давлениях (0,1—2 Торр) газовой смеси неон-аргон. Показана принципиальная возможность увеличения эффективности генерации ВУФ-излучения существующих газоразрядных ламп низкого давления.
Индукционный разряд возбуждался на частотах f = 0,5—12,0 МГц и мощности P = 25—160 Вт в смеси паров ртути (0,01 Торр) и аргона (0,1—0,6 Торр) в цилиндрических разрядных трубках длиной 300 мм и диаметром D = 40, 50, 60 и 70 мм с помощью индуктивной катушки, охватывающей трубку по ее продольному периметру. Установлено, что зависимости тока катушки Icoil и мощности потерь в проводе катушки Рcoil от мощности лампы P имеют минимум, сдвигающийся в сторону меньших мощностей с увеличением диаметра трубки D, частоты разрядного тока f и числа витков катушки n. Зависимость Рcoil от частоты f имеет минимум, сдвигаюшийся с увеличением мощности лампы Р в сторону меньших частот. КПД индуктивной катушки ηcoil возрастает с увеличением мощности лампы, диаметра разрядной трубки, частоты разрядного тока, давления аргона и числа витков катушки. Результаты расчета электрических параметров индуктивной катушки находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными.
С использованием форвакуумного плазменного источника электронов осуществлен процесс электронно-лучевого испарения алюмооксидной керамики в диапазоне давлений 5—15 Па. При плотности мощности электронного пучка 103 Вт/см2 скорость испарения керамики составляла 4 г/ч. Полученные результаты открывают возможность эффективного нанесения керамических покрытий на основе электронно-пучковых методов.
Индукционный разряд трансформаторного типа с двумя симметрично размещенными на лампе ВЧ-индукторами (магнитопровод и индуктивная катушка) возбуждался на частоте 265 кГц в замкнутой кварцевой трубке с внутренним диаметром 16,6 мм в смеси паров ртути и инертных газов (0,1—1,0 Торр). Обнаружено, что минимум КПД индуктора и максимумы напряженности электрического поля в плазме и потока УФ-излучения ( = 254 нм) достигаются при давлениях инертных газов 0,3—0,4 Торр.
Продемонстрирована принципиальная возможность изменения электрофизических свойств ферритов на основе марганца и цинка путем их облучения электронным пучком с энергией электронов 10 кэВ в диапазоне давлений 10–20 Па. Для формирования электронного пучка использовался форвакуумный плазменный электронный источник, позволяющий формировать ускоренный электронный пучок в условиях повышенного давления форвакуумного диапазона 5–20 Па. Показано, что электронно-лучевое облучение малой мощности приводит к сглаживанию поверхности феррита. Определена зависимость электропроводности Mn–Zn-феррита от мощности электронно-лучевого воздействия и продолжительности облучения. Определены режимы электронно-лучевого облучения, позволяющие на несколько порядков повысить электропроводность по сравнению с ее исходным значением.
Представлены результаты исследований особенностей процессов отклонения и развертки сфокусированного электронного пучка, генерируемого плазменным источником электронов в области повышенных давлений форвакуумного диапазона. Показано, что во всех исследуемых диапазонах давлений и расстояний от отклоняющей системы в пределах угла отклонения электронного пучка в 20 градусов плотность мощности пучка снижается лишь на 20 %. На примере фрезеровки кварцевого стекла продемонстрирована возможность эффективной прецизионной электронно-лучевой обработки диэлектриков.
В последние годы активно развиваются исследование наноразмерных объектов, представляющий собой группу атомов или супрамолекулярную структуру, для которых понятие диэлектрической проницаемости имеет весьма условный смысл и, как правило, требует уточнения, а иногда и отдельного анализа. В настоящей работе проанализировано изменение интенсивности комбинационного рассеяния объектов, помещенных на плоскую подложку, и показаны некоторые ситуации, в которых рассеяние может изменяться более чем на порядок. В частности, на идеальной металлической подложке область пучности стоячей световой волны, образованной при отражении, не распространяется на приповерхностный слой, в котором находится слой графена, за счет чего рамановское (комбинационное) рассеяние может уменьшиться более чем на порядок. В случае прозрачных подложек рассматриваемый наноразмерный эффект может значительно проявиться при помещении рассеивателя в экспоненциально затухающую неоднородную волну в области полного внутреннего отражения, либо при использовании продольной по отношению к плоскости падения поляризации при зондировании волной, падающей на подложку под углом Брюстера.
Проведено экспериментальное исследование электрических и излучательных характеристик ртутного бесферритного индуктивного разряда в лампе, образованной замкнутой кварцевой трубкой с внутренним диаметром dвн = 25 мм. Разряд возбуждался на частоте f = 1,7 МГц в смеси паров ртути (~10-2 мм рт. ст.) и аргона (1,0 мм рт. ст.) с помощью трехвитковой индуктивной катушки, размещенной по «внутреннему» периметру лампы длиной 500 мм и высотой 130 мм. Измерения, проведенные в интервале мощности плазмы Рpl = 52–112 Вт, показали, что ток катушки индуктивности Ic, мощность потерь в проводе катушки Pcoil, и средняя по сечению разрядной трубки напряженность ВЧ электрического поля в плазме Ēpl, минимальны, а разрядный ток лампы Ipl и КПД генерации УФ-излучения лампы на длине волны 254 нм ηlamp = Ф254/Рlamp максимальны при мощности плазмы Ppl = 85–90 Вт. Поток УФ-излучения лампы Ф254 и КПД генерации УФ-излучения плазмы ηpl = Ф254/Рpl возрастают практически линейно с увеличением мощности плазмы от 28 до 72 Вт и от 0,52 до 0,65 соответственно.