Фундаментальная задача, поставленная в настоящей работе, заключалась в исследовании возможности реализации в условиях свободного пространства в воздушной среде атмосферного давления взрывного образования металлической микроплазмы, обнаруженного и изученного ранее при контактах металлической поверхности с бесстолкновительной плотной и относительно горячей плазмой, получаемой в разрядах низкого давления.
Прикладная задача, стимулировавшая постановку экспериментов, заключалась в использовании поверхностных микровзрывов для создания поверхностной «шероховатости», способной существенно уменьшить вторично-эмиссионную способность металла и, таким образом, уменьшить вероятность или полностью исключить возможность возбуждения вторично-эмиссионных электронных микроволновых разрядов, ограничивающих уровень микроволновой мощности, принимаемой или передаваемой космическими спутниками связи.
Основные результаты, полученные в ходе выполнения исследований, состоят в следующем:
- впервые в условиях открытого пространства при атмосферном давлении воздушной среды реализована основанная на применениии импульсного капиллярного микроволнового факела схема эксперимента, позволяющая осуществить возбуждение взрывоэмиссионное образование микроплазмы на поверхности металла;
- проведена обработка поверхности алюминиевой пластины многократным облучением плазменной струёй капиллярного микроволнового разряда и показано, что в результате взрывоэмиссионных микроискрений происходит трансформация исходно гладкой поверхности в поверхность «шероховатую», представляющую из себя множество микронных размеров выступов и впадин («микрократеров»);
- максимальный коэффициент вторичной электронной эмиссии max «шероховатой» («рифлённой») поверхности снтжается от 2 для необработанного образца до 0,4 для обработанного образца, и остаётся стабильно низким в течение длительного пребывания образца в атмосфере.
Последний результат позволяет рассматривать предложенный и исследованный метод воздействия на металлическую поверхность, как способ обработки элементов бортовой спутниковой радио-электронной системы с целью подавления вторичноэмиссионных электронных разрядов («мультипакторов»), приводящих к временному нарушению работы или к невосстанавливаемому разрушению компонентов аппаратуры.
Разработан двумерный в координатном пространстве и трехмерный в пространстве скоростей численный код, основанный на методе частиц в ячейке, для моделирования мультипакторного разряда на диэлектрике, помещенном в плоскопараллельный волновод, с учетом вторичной электронной эмиссии с поверхности диэлектрика и стенок волновода, конечной температуры вторичных электронов, пространственного заряда электронов, а также упругого и неупругого отражения электронов от диэлектрика и стенок волновода. Код позволяет моделировать различные стадии мультипакторного разряда, начиная с возникновения электронной лавины и заканчивая стадией насыщения. Показано, что из-за утечки электронов на стенки волновода порог развития одностороннего мультипактора на диэлектрике, помещенном в зауженный волновод с абсорбирующими стенками, увеличивается по сравнению с порогом в случае неограниченного диэлектрика. Обнаружено, что, в зависимости от напряженности СВЧ-поля и вторично-эмиссионных характеристик стенок волновода, могут реализоваться два режима мультипакторного разряда. В первом режиме, который реализуется при относительно низких напряженностях СВЧ-поля, мультипакторный разряд развивается только на диэлектрике, поверхность которого заряжается положительно относительно стенок волновода. Во втором режиме, который реализуется при достаточно высоких напряженностях СВЧ-поля, происходит одновременное возбуждение одностороннего мультипактора на поверхности диэлектрика и двустороннего мультипактора между стенками волновода. В этом случае поверхность диэлектрика и пространство между стенками волновода приобретают отрицательный потенциал. Показано, что учет отражения электронов от поверхности диэлектрика и стенок волновода приводит к появлению высокоэнергетических хвостов функции распределения электронов.
Работа посвящена изучению возможности применения метода плазмохимического синтеза поликристаллических алмазных плёнок в плазме факельного СВЧ-разряда при атмосферном давлении для покрытия рабочей поверхности твердосплавных режущих инструментов с целью увеличения их износостойкости. Режущий инструмент из поликристаллических алмазов находит применение, прежде всего, в станкостроении, автомобильном и сельскохозяйственном машиностроении, авиастроении при точении цветных металлов, титановых, абразивных алюминиевых сплавов, керамических и композиционных материалов. Лучший способ повысить прочность и устойчивость к износу твердосплавных режущих инструментов состоит в том, чтобы на поверхность твердосплавных или PDC-режущих вставок дополнительно нанести монолитный поликристаллический CVD-алмазный слой. Непосредственному нанесению поликристаллического алмазного слоя на поверхность резцов с хорошей адгезией мешает наличие кобальта, цементирующего режущие инструменты. Обсуждаются вопросов выбора лучшего материала и технологии создания изолирующего слоя между алмазом и твердым сплавом и технологии последующего осаждения на него алмазного покрытия в плазме СВЧ-факела.
Дан обзор наиболее интересных результатов, представленных на ежегодной XLII Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, состоявшейся с 9 по 13 февраля 2015 года в городе Звенигород Московской области. Проведен анализ главных направлений исследований в области физики плазмы в России.
Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на ежегодной XLIII Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, состоявшейся с 8 по 12 февраля 2016 года в городе Звенигороде Московской области. Проведен анализ развития и достижений главных направлений исследований в области физики плазмы как в России, так и за рубежом.
Численно исследован процесс формирования сильного электрического поля на металле, частично покрытом диэлектрической пленкой, в потоке плазмы с учетом автоэлектронной эмиссии с поверхности металла и вторичной электронной эмиссии с поверхности диэлектрика. Показано, что при отрицательном потенциале на металле порядка нескольких сотен вольт, плотности плазмы ~1012 см3, температуре электронов плазмы ~10 эВ и толщине пленки d 1 мкм напряженность электрического поля вблизи края пленки достигает нескольких МВ/см, что на два порядка превышает напряженность поля на открытой металлической поверхности в плазме. При умеренном дополнительном усилении поля на микронеровностях поверхности металла на уровне ~10 такая напряженность является достаточной для генерации автоэмиссионного тока с вершин выступов металла с плотностью порядка 108 МА/см2, необходимой для развития взрывной электронной эмиссии с последующим формированием микроплазменного (микродугового) разряда на краю пленки. Исследовано влияние генерируемого пучка автоэмиссионных электронов на формирование электрического поля вблизи края диэлектрической пленки при различных углах наклона среза пленки. При углах наклона < 85 эмитированные электроны не попадают на пленку и практически не влияют на величину формируемого поля. При 90 пучок эмитированных электронов попадает на торец пленки, вызывая вторичную электронную эмиссию с поверхности диэлектрика. В этом случае напряженность электрического поля оказывается недостаточной для развития взрывной электронной эмиссии с поверхности металла, однако под действием пучка ускоренных автоэмиссионных электронов с энергией ~50 эВ и плотностью тока ~105 А/см2 торец пленки нагревается до температуры ~1000 C, что может приводить к интенсивному газовыделению с поверхности диэлектрика. Развитие микроплазменного разряда в этом случае может быть связано с формированием плотного сгустка плазмы вблизи торца пленки в результате ионизации выделившегося газа автоэмиссионным электронным пучком.
Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на ежегодной XLIV Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, состоявшейся с 13 по 17 февраля 2017 года в городе Звенигороде Московской области. Проведен анализ развития и достижений основных направлений исследований в области физики плазмы в России и их сравнение с работами за рубежом.
Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на ежегодной XLV Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, состоявшейся со 2 по 6 апреля 2018 года в городе Звенигороде Московской области. Проведен анализ развития и достижений основных направлений исследований в области физики плазмы в России и их сравнение с работами за рубежом.
Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на LII Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, состоявшейся с 17 по 21 марта 2025 года в г. Звенигород Московской области. Проведен анализ достижений в основных направлениях развития исследований в области физики плазмы в России и их сравнение с работами за рубежом.
Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на ежегодной «XLVI Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу», состоявшейся с 18 по 22 марта 2019 года в городе Звенигороде Московской области. Проведен анализ развития и достижений основных направлений исследований в области физики плазмы в России и их сравнение с работами за рубежом.
Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на ежегодной XLVII Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, состоявшейся с 16 по 20 марта 2020 года в городе Звенигороде Московской области. Проведен анализ развития и достижений основных направлений исследований в области физики плазмы в России и их сравнение с работами за рубежом.
Представлены результаты измерения продольного электрического тока, возбуждаемого в тороидальной плазме стелларатора Л-2М в результате мощного импульсного СВЧ-нагрева (мощность до 600 кВт, длительность импульса до 20 мс). В экспериментах для создания и нагрева плазмы в стеллараторе использовалось СВЧ-излучение гиротронов на частоте 75 ГГц, равной частоте 2-й гармоники электронного циклотронного резонанса для магнитного поля с индукцией В = 1,34 Тл в центре плазменного шнура. Для измерения токов в плазме использовались диагностические системы стелларатора, предназначенные для регистрации изменений во времени поперечного и полоидального магнитных полей. Показано, что наличие в конструкции стелларатора железного трансформатора омического нагрева существенно влияет на временное развитие токов равновесия вследствие значительной индуктивности плазменного шнура. При компенсации индуктивности этих устройств ожидаемая величина возбуждаемого в плазме тока может достигать величины около 7 кА.
- 1
- 2