КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-29-00070

НазваниеГенерирование импульсных радиально сходящихся низкоэнергетических сильноточных электронных пучков для поверхностной модификации материалов

Руководитель Озур Григорий Евгеньевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук , Томская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-302 - Корпускулярные, плазменные и лучевые источники для исследований и практики

Ключевые слова Низкоэнергетический сильноточный электронный пучок, взрывная эмиссия, пробой по поверхности диэлектрика, резистивная развязка, плазменный анод, газонаполненный диод, поверхностная модификация материалов, газовый разряд, низкотемпературная плазма

Код ГРНТИ29.27.23; 29.35.39

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Низкоэнергетические (10‒30 кэВ) сильноточные (до 25 кА) электронные пучки (НСЭП) широко используются для модификации поверхностных слоёв металлических материалов уже несколько десятков лет. Формирование таких пучков осуществляется, как правило, в пушках с плазменным анодом и взрывоэмиссионным катодом. Высокая плотность энергии (до 20 Дж/см2) и короткая длительность импульса (2−4 мкс) позволяют выделить значительную энергию пучка в тонком (доли-единицы микрон) поверхностном слое, доводя его до плавления и даже частичного испарения. Эти эффекты позволяют развивать самые разнообразные перспективные технологии, включая формирование поверхностных сплавов. Благодаря этому, разработанные нами источники НСЭП нашли применение не только в физическом эксперименте, но и на практике. Созданные к настоящему времени электронные пушки источников НСЭП имеют планарно-аксиальную геометрию и формируют цилиндрические пучки, транспортируемые практически прямолинейно вдоль силовых линий внешнего ведущего магнитного поля. Плазменный анод в таких источниках формируется обычно с помощью сильноточного отражательного разряда в пространстве между взрывоэмиссионным катодом и коллектором; кольцевой анод располагается примерно посередине между ними. При этом ведущее магнитное поле, служащее для транспортировки пучка, обеспечивает также зажигание и горение отражательного разряда. Вместе с тем, существует много задач, когда требуется облучать протяженные изделия цилиндрической формы, а для этого наиболее рационально использовать радиально сходящиеся пучки. К числу таких задач относятся формирование защитных покрытий оболочек ТВЭЛов ядерных реакторов, изготовляемых преимущественно из циркониевых сплавов и легированных сталей, для предотвращения/замедления коррозии и высокотемпературного окисления; повышение срока службы различного режущего инструмента и штамповой оснастки. Отсутствие источников с радиально сходящимся НСЭП (и, как следствие, детального понимания физических процессов в таких сильноточных электронных пушках) обуславливает актуальность предлагаемого проекта. Научная новизна проекта заключается в том, что впервые будет создан источник с радиально сходящимся НСЭП, обладающий высокой стабильностью параметров от импульса к импульсу и обеспечивающий однородную обработку цилиндрических изделий. Для формирования радиально сходящегося НСЭП будет использован недавно разработанный нами метод многоканального, резистивно развязанного инициирования взрывной эмиссии пробоем по поверхности диэлектрика, уже реализованный в планарно-аксиальной геометрии электронной пушки [П.П. Кизириди, Г.Е. Озур. Катодный узел сильноточной электронной пушки с многоканальным инициированием эмиссии пробоем по поверхности диэлектрика // Письма в ЖТФ, 2020, т. 46, вып. 15, с. 47–50. DOI: 10.21883/PJTF.2020.15.49750.18364]. Принципиально важным в данном методе генерации НСЭП является то, что он не требует предварительного создания плазменного анода, что в коаксиальной геометрии электродов было бы крайне затруднительно. Следует отметить, что разработанный нами метод признан достижением Института сильноточной электроники СО РАН за 2020 год. Немаловажным является и то, что в источнике с радиально сходящимся пучком обработка изделия ведётся одновременно со всех сторон. В принципе, можно ведь облучать цилиндрическое изделие и аксиальным пучком, а само изделие вращать. Но в этом случае в паузе между импульсами термомеханические напряжения, возникающие при кристаллизации поверхностного слоя, могут вызвать искривление (поводку) изделия, если его диаметр невелик (в случае ТВЭЛов это именно так: наружный диаметр их оболочки 8‒10 мм, а длина несколько метров), что крайне нежелательно. Если же мы облучаем изделие одновременно со всех сторон, т.е. радиально сходящимся пучком, то напряжения на противоположных сторонах должны скомпенсировать друг друга и деформации можно избежать. Во всяком случае, это выглядит обоснованным, хотя и требует экспериментальной проверки. Искривления же при одностороннем облучении сравнительно тонких образцов наблюдались неоднократно. Кроме того, облучение радиально сходящимся пучком будет в разы производительнее, поскольку при использовании традиционного аксиального пучка потребуется облучение в 6‒8 азимутальных положениях изделия, чтобы обеспечить приемлемую однородность обработки.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---