ІМПУЛЬСНІ РЕЖИМИ РОБОТИ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВИХ ГАРМАТ ВИСОКОВОЛЬТНОГО ТЛІЮЧОГО РОЗРЯДУ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету та основні задачі досліджень, приведені основні наукові результати і їх практичне значення. Визначено особистий внесок автора та надана інформація про апробацію результатів роботи.

У першому розділі проведено аналіз розвитку сучасної електронно-променевої технології та особливостей застосування імпульсних електронних пучків в електронно-променевих процесах обробки та отримання матеріалів. Показано, що електронний пучок є ефективним технологічним інструментом для проведення термічних процесів у вакуумі, таких як зварювання, паяння, поверхнева та розмірна обробка, нанесення покриттів, плавка матеріалів.

В процесах електронно-променевої технології в основному використовують стаціонарне нагрівання електронним пучком, хоча імпульсний режим роботи має низку суттєвих переваг. Водночас порівняно мале розповсюдження імпульсних електронно-променевих методів пояснюється відсутністю або надмірною складністю обладнання для їх реалізації.

На основі аналізу фізичних особливостей роботи електронних гармат ВТР показані їх переваги при використанні в більшості технологічних процесів. Вони відносно прості в експлуатації, надійно працюють у складних умовах технологічних установок в широкому діапазоні тисків та складу газового середовища і мають великий строк служби холодного катоду.

Показано, що реалізація імпульсного режиму роботи можлива в тріодних гарматах ВТР при малоінерційному електричному способі керування з використанням допоміжних низьковольтних несамостійних розрядів. Допоміжний низьковольтний розряд запалюється в об’ємі основного високовольтного тліючого розряду при подачі потенціалу на керуючий електрод в діапазоні від десятків до сотень Вольт. Зміна величини потенціалу керуючого електроду змінює густину анодної плазми, що впливає на інтенсивність потоку іонів на катод і відповідно, на величину струму електронного пучка. Стала часу при електричному керуванні струмом розряду залежить від інерційності процесів в анодній плазмі і може складати одиниці мс. Це дозволяє відносно просто здійснювати імпульсну модуляцію струму розряду, подаючи імпульси з заданими часовими параметрами на електрод допоміжного розряду з напругою, на декілька порядків нижчою від напруги основного розряду. Проте імпульсні режими роботи технологічних електронно-променевих гармат високовольтного тліючого розряду недостатньо вивчені, що не дозволяє здійснювати ефективне проектування таких гармат та впроваджувати їх у виробництво.

Розглянуті існуючі методи розрахунку і проектування джерел електронів ВТР. Для моделювання імпульсних джерел електронів необхідно розробити комплексні моделі тріодних газорозрядних гармат ВТР для імпульсного режиму роботи, основані на методах аналізу потоків часток, які повинні враховувати вплив допоміжного розряду.

У другому розділі розглянуто методики експериментальних досліджень, які проводилися в роботі. Для проведення експериментальних досліджень розроблялися макети джерел електронів ВТР різних модифікацій і конструктивних рішень. При цьому конструкції макетів виконувалися максимально розбірними, що дозволяло замінювати окремі елементи і вузли залежно від вимог експериментів. Для дослідження умов формування електронного пучка, положення і форми плазмової межі, був розроблений макет, деталі розрядної камери якого виготовлялися із прозорих матеріалів. Методики досліджень, які проводилися, забезпечували: вимірювання вольт-амперних характеристик, калориметрування потужності, яка виділялась на електродах, фотографування розряду з використанням макетів із прозорими стінками, комп’ютерне моделювання розподілу електричного поля в області катодного падіння потенціалу, вимірювання геометричних параметрів електронних пучків методом зонду, що обертається. Визначені систематичні та випадкові похибки, які виникають при проведенні експериментальних досліджень та вжито заходів з їх мінімізації при проведенні вимірювань та обробці експериментальних даних. 

Теоретично та експериментальним шляхом досліджено умови генерації електронного пучка в імпульсному режимі роботи джерела електронів ВТР. При теоретичному дослідженні енергетичних характеристик розряду в імпульсному режимі роботи були отримані аналітичні співвідношення для концентрації іонів в плазмі та балансу енергії на електродах тріодних систем ВТР. Вони отримані з рівнянь електричного поля та балансу потоків часток для діодних систем з додатковими коефіцієнтами, що залежать від періоду та тривалості імпульсів та дозволяють враховувати вплив допоміжного розряду на розподіл потужності на електродах тріодних електродних систем та оцінити їх к.к.д (рис. 1).

При розгляді процесів в області анодної плазми умовно виділяють групу швидких електронів, що прискорились в області катодного падіння потенціалу, та непружно відбитих від анода з втратою енергії, а також групу повільних електронів, що утворились при іонізації атомів газу у об’ємі плазми. В усталеному процесі горіння ВТР повільні заряджені частки постійно покидають об’єм плазми внаслідок їх дифузії на електроди системи.