Новости

12 августа, 2021 17:01

Достичь цели одним импульсом

Группа ученых из Института сильноточной электроники СО РАН под руководством старшего научного сотрудника Максима Воробьева впервые продемонстрировала возможность управления мощностью электронного пучка в течение его импульса, генерируемого источником электронов с плазменным катодом. В 2020 году эти работы получили поддержку Российского научного фонда (проект № 20-79-10015 «Научные основы генерации мегаваттных амплитудно- и широтно- модулированных электронных пучков субмиллисекундной длительности на основе источника с плазменным катодом для эффективной модификации поверхности металлов и сплавов»). Полученные результаты имеют важное прикладное значение для модификации поверхности различных металлических материалов и изделий, они уже частично представлены в статье «Electron beam generation in an arc plasma source with an auxiliary anode plasma», которая вышла в журнале второго квартиля Vacuum.
Максим Воробьев. Источник: Пресс-служба Томского научного центра СО РАН

— Специфика проектов РНФ заключается в том, что наряду с решением значимой фундаментальной проблемы они позволяют обеспечить в будущем развитие перспективных технологий. Модификация поверхностей различных материалов, в том числе металлов, переживает сейчас настоящий бум во всем мире, ведь она позволяет снизить шероховатость, повысить прочность и коррозийную стойкость поверхности изделия,  тем самым, увеличить время эксплуатации детали в целом, — рассказывает руководитель проекта Максим Сергеевич Воробьев. — Основой любой технологии, в том числе направленной на модификацию поверхности материалов, является стабильность ее работы, повторяемость результатов, а также способность обеспечить однородную обработку крупногабаритного изделия или крупной партии деталей.

Однако многие источники электронов не могут обеспечить повторяемость характеристик обрабатываемых изделий, и это является существенной сложностью на пути создания новых технологий модификации поверхностей. Поэтому одна из актуальных задач, стоящих перед учеными,  - найти такой источник, который сможет успешно преодолеть этот барьер. 

К числу   эффективных источников электронов относятся  источники с плазменными катодами. В ходе реализации проекта исследователи комплексно изучают специфику источников такого типа на всех этапах их работы – от формирования плазмы и генерации электронного пучка до взаимодействия этого пучка с «мишенью» – поверхностью обрабатываемого изделия. Именно поэтому этот проект носит междисциплинарный характер, поскольку он затрагивает две области знаний – процессы генерации электронных пучков из плазменных образований и материаловедение. Кроме этого, ученым приходится разрабатывать новые специальные системы электропитания, которые невозможно приобрести на мировом рынке.  

 Новизна нашей работы заключается в том, что  научились управлять мощностью электронного пучка прямо во время его импульса: это  позволяет управлять скоростью ввода энергии в поверхность обрабатываемого изделия. Во-первых, такой подход невозможен без стабильной работы источника электронов, чему мы уделяем пристальное внимание во всех своих экспериментах, а во-вторых, это позволяет расширить предельные параметры генерируемого электронного пучка, а, следовательно, расширить область применения такого пучка в области материаловедения, — отметил М.С. Воробьев.

Все испытания образцов проводятся на уникальной установке «Комплекс», созданной в ИСЭ СО РАН в рамках реализации гранта РНФ в 2014-2018 годах под руководством профессора Николая Коваля, который является научным консультантом и одним из основных исполнителей нынешнего проекта РНФ. Всего же в команде 8 ученых – это специалисты в области физики плазмы и материаловедения, а поскольку проект молодежный, то 7 из них в возрасте до 39 лет.

Исследователи обнаружили одно из важнейших преимуществ источников с плазменными катодами, которое может лечь в основу перспективной, экономически выгодной технологии. Как показали результаты экспериментов, новый подход к генерации электронного пучка обладает большей энергетической эффективностью. Это связано с тем, что новые режимы генерации пучка позволят осуществлять обработку поверхности какой-либо обрабатываемой металлической детали или изделия одним импульсом.  При этом  не требуется производить предварительный нагрев детали, масса которой может достигать десятков и сотен килограмм. 

«Мы стремимся достичь цели одним импульсом!» — закончил М.С. Воробьёв.

Справка: Максим Воробьев является руководителем уже второго гранта РНФ, ранее он возглавлял работу над десятком других проектов (гранты РФФИ, Президентский грант, хоздоговорная деятельность. Молодой ученый считает, что участие в проектах РНФ  - это прекрасная школа для развития исследователя, который  учится не только заполнять заявки на гранты, но и формировать команды для их выполнения, получать новые знания и научные результаты, которые будут представлены в будущих кандидатских и докторских диссертациях. 



21 октября, 2021
В Тульской области нашли водоросль с высоким содержанием жирных кислот
Ученые обнаружили на территории России штамм зеленой одноклеточной водоросли Coelastrella multistria...
21 октября, 2021
«Обрезание» гена сделало самцов дрозофил бесплодными
Биологи выяснили, что три четверти самцов мух-дрозофил с укороченным геном orb2 становятся бесплод...