Створення та динаміка негативно заряджених частинок у плазмових електромагнітних уловлювачах
Створення ефективних плазмових джерел електронів та негативних іонів на основі пастки Пеннінга й однощілинного гострокутного електромагнітного уловлювача із плазмовим джерелом електронів. Амплітудні та частотні характеристики коливань у плазмі.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 05.08.2014 |
| Размер файла | 81,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. В.Н. КАРАЗІНА
УДК 533.9; 537.525;
537.533; 621.3.032.269.1
СТВОРЕННЯ ТА ДИНАМІКА НЕГАТИВНО ЗАРЯДЖЕНИХ ЧАСТИНОК У ПЛАЗМОВИХ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ УЛОВЛЮВАЧАХ
01.04.08 - фізика плазми
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата фізико - математичних наук
ПЕТРУШЕНЯ Андрій Адамович
Харків 2005
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі фізики плазми Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник кандидат фізико - математичних наук, доцент Бориско Володимир Миколаєвич, Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, доцент кафедри фізики плазми.
Офіційні опоненти: доктор фізико - математичних наук, професор П'ятак Олександр Іванович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідуючий кафедри фізики;
кандидат фізико - математичних наук, старший науковий співробітник Гаркуша Ігор Євгенійович, Інститут фізики плазми ННЦ ХФТІ НАН України, начальник лабораторії плазмових прискорювачів відділу плазмодинаміки.
Провідна установа: Інститут фізики НАН України, м. Київ.
Захист відбудеться " 11 " листопада 2005 р. о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д. 64.051.12 в Харківському національному університеті ім. В.Н. Каразіна, за адресою: 61108, м. Харків, пр. Курчатова 31, аудиторія №301.
З дисертацією можна ознайомитись у Центральній науковій бібліотеці Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна за адресою: 61077, м. Харків, площа Свободи, 4.
Автореферат розісланий " 10 " жовтня 2005 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Письменецький С.О.
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Останнім часом у різних вакуумно-плазмових та електронно-променевих технологіях, а також у фундаментальних і прикладних дослідженнях широке застосування дістали джерела заряджених частинок на основі газових розрядів низького тиску. Такі джерела є одним з найбільш важливих практичних застосувань фізики плазми. Одним з основних елементів у їхній конструкції є відкриті електромагнітні уловлювачі (EМУ), що дають змогу не тільки ефективно здійснювати іонізацію робочого газу і генерувати газорозрядну плазму, але й формувати пучки заряджених частинок з необхідними параметрами. Предметом досліджень даної дисертаційної роботи є газорозрядні системи на основі відкритих ЕМУ, що використовуються в плазмових джерелах електронів та негативних іонів. До пристроїв даного типу належать плазмові системи на основі пастки Пеннінга та уловлювачів з гострокутною магнітною геометрією. У таких уловлювачах втрати електронів вздовж силових ліній магнітного поля зменшуються потенційними бар'єрами, які створюються за допомогою системи відбивних електродів, а електронний компонент розрядного струму формується за рахунок дифузії електронів поперек магнітного поля.
У більшості плазмових джерел заряджених частинок заряджені частинки відбираються зовнішнім електричним полем з поверхні газорозрядної плазми в прискорювальний проміжок. Розташування та емісійні властивості плазмової поверхні залежать від ряду параметрів, таких, як щільність і температура компонентів плазми, величина прискорювальної напруги, тиск робочого газу в прискорювальному проміжку. Найбільш істотно на параметри пучків заряджених частинок, що витягуються, впливають різноманітні фізичні процеси, які протікають у газорозрядній плазмі таких джерел. Коливальні процеси в плазмі викликають коливання температури і щільності плазми, а також розташування та форми плазмової границі. Іонізаційні процеси в області прискорення і транспортування заряджених частинок призводять до зміни емісійних властивостей плазми та первеансу пучків заряджених частинок, що витягуються. Вони також впливають на розташування і форму плазмової поверхні в системі, яка витягує заряджені частинки. З цих причин вивчення фізичних процесів, що протікають у плазмових системах на основі відкритих EМУ, викликає значний інтерес, насамперед із практичної точки зору, тому що створює наукову основу для подальшого удосконалювання існуючих, а також для створення нових типів джерел заряджених частинок. Ці дослідження також є актуальними і для розвитку сучасних уявлень про фізику газового розряду.
Останнім часом досягнуто значних успіхів у вивченні фізичних процесів, що протікають у плазмових джерелах електронів на основі пастки Пеннінга з невеликими емісійними отворами й у двокамерних об'ємних джерелах негативних іонів. Найбільш повно досліджені конструктивні особливості й експлуатаційні характеристики цих джерел, а також стаціонарні параметри плазми і їх вплив на формування пучків заряджених частинок. Однак деякі важливі питання все ще вимагають додаткового вивчення.
Недостатньо вивчено динаміку електронів з аномально великою енергією в пеннінгівському розряді. Проведені дослідження в цій області мають несистематичний характер, що ускладнює порівняння й аналіз отриманих результатів. Дотепер не існує задовільного пояснення механізму фізичних процесів, які відповідають за викид "аномальних" електронів з таких систем. Крім того, ці дослідження все ще не отримали свого продовження в напрямку їх практичного застосування.
Існує необхідність вирішення ряду наукових питань, які належать до вивчення фізичних процесів, що відповідають за ефективність витягу електронів із плазмових джерел на основі відбивного розряду з порожнистим катодом при відносно невисоких напругах, що витягають електрони, в умовах форвакуумного тиску робочого газу, інтенсивного іонного бомбардування електродів та хімічно агресивного газового середовища. У таких умовах існуючі системи керування параметрами електронних пучків, засновані на зміні розрядного струму і величини напруги, що прискорює електрони, стають неефективними, тому що призводять до зміни робочих режимів джерела та викликають зниження електричної міцності високовольтних проміжків.
Недостатньо вивчена можливість створення ефективного плазмового джерела негативних іонів на основі електромагнітного уловлювача з гострокутною магнітною геометрією. В даний час вивчені лише фізичні моделі таких джерел, які далекі від досконалості і не можуть бути використані в практичних пристроях, тому що мають не досить високу струмову та енергетичну ефективність. Крім того, у цих моделях використовуються розжарювані конструкційні елементи, що значно знижує ресурс роботи джерела і не дає змогу їм працювати з хімічно активними робочими газами. Недостатньо досліджена можливість роботи таких джерел за великої густини струму первинного пучка електронів, а також можливість створення в них плазми з низькою електронною температурою за рахунок використання плазмового емітера електронів.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.
Обраний напрямок досліджень дисертаційної роботи зв'язано з виконанням фундаментальних науково-дослідних робіт, що проводяться на кафедрі фізики плазми Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна за темою “Фундаментальні дослідження плазмово-пучкових систем з метою розробки на їх основі нових наукоємних технологій”, реєстраційний номер №0100U003293 (2000-2002 рр.), яка належить до координаційного плану “Фізика ядерних процесів та ядерно-фізичні методи в енергетиці, радіаційних технологіях і екології” і при виконанні якої дисертант був виконавцем.
Мета та задачі досліджень. Метою дослідження є створення ефективних плазмових джерел електронів та негативних іонів на основі пастки Пеннінга й однощілинного гострокутного електромагнітного уловлювача з плазмовим джерелом електронів. Конкретними задачами досліджень є: (1) визначення впливу різних зовнішніх, в тому числі і геометричних параметрів пеннінгівського розряду, параметрів плазми та коливальних процесів у плазмі на динаміку електронів з аномально великою енергією, а також пошук ефективного методу керування параметрами пучків електронів, що ежектуються; (2) визначення впливу масового числа робочого газу, а також електричної несиметрії між катодами на формування потоків електронів з відбивного розряду з порожнистим катодом у діапазоні робочих тисків Р = 10-4 - 10-2 Тор, при напругах U < 600 В, що витягають електрони; (3) з'ясування можливості генерації негативних іонів в однощілинному гострокутному електромагнітному уловлювачі з плазмовим джерелом електронів.
Об'єкт дослідження - фізичні процеси генерації негативних іонів в однощілинному гострокутному електромагнітному уловлювачі з плазмовим джерелом електронів, формування потоків електронів з електрично-несиметричного відбивного розряду з порожнистим катодом та викиду електронів з аномально великою енергією з плазмових систем на основі пастки Пеннінга. плазма електрон іон пеннінг
Предмет дослідження - параметри плазми, амплітудні та частотні характеристики коливань у плазмі й електронному пучку, розрядні характеристики плазмових систем, параметри пучків електронів та негативних іонів.
Методи дослідження. Основними методами досліджень параметрів плазми та пучків заряджених частинок були експериментальні зондові методики. Як зонди використовувалися пересувні одиночні та подвійні ленгмюрівські циліндричні зонди, термозонди, циліндри Фарадея, плоскі колектори заряджених частинок і багатосіткові електростатичні енергоаналізатори, що містилися усередині та поза об'ємом плазмових електромагнітних уловлювачів.
Наукова новизна отриманих результатів.
1. Вперше експериментально встановлені особливості еволюції в аксіальному напрямку поздовжніх енергетичних спектрів електронних пучків, які ежектуються з плазмових систем на основі пастки Пеннінга.
2. Запропоновано та вивчено новий спосіб керування струмом електронного пучка, що ежектується з плазми пеннінгівського розряду за рахунок зміни різниці потенціалів між катодами.
3. Експериментально встановлені особливості розрядних та емісійних характеристик плазмового джерела електронів на основі електрично-несиметричного відбивного розряду з порожнистим катодом при використанні робочих газів з різними масовими числами та їх суміші у діапазоні тисків робочих газів Р = 10-4 - 10-2 Тор при напругах U < 600 В, що витягають електрони.
4. Експериментально доказано можливість створення ефективного плазмового джерела негативних іонів на основі однощілинного гострокутного електромагнітного уловлювача і плазмового джерела електронів з порожнистим катодом. Визначено оптимальний тиск робочих газів, емісійні характеристики, а також струмову й енергетичну ефективність джерела.
Практичне значення отриманих результатів.
Отримані в дисертаційній роботі результати мають наукове значення для подальшого розвитку сучасних уявлень про фізичні процеси в газовому розряді, що протікають у плазмі, яка перебуває в схрещених електричному і магнітному полях. Практична цінність отриманих у дисертаційній роботі результатів полягає в можливості використання їх для оптимізації параметрів існуючих і розробки нових більш ефективних плазмових джерел електронів і негативних іонів на базі відкритих електромагнітних уловлювачів.
Результати досліджень динаміки електронів з аномально великою енергією в пеннінгівському розряді можуть бути використані для створення ефективного широкоапертурного джерела електронів. Завдяки можливості генерувати електронні пучки без використання електродів, що витягають електрони, подібні джерела можуть бути використані в модельних експериментах з метою створення, накопичення й утримання некомпенсованої плазми в замкнутих тороїдальних магнітних системах.
Результати досліджень впливу електричної несиметрії між катодами на параметри плазми й електронного пучка, який ежектується з пеннінгівського розряду, необхідні для створення ефективних систем керування струмом електронного пучка в плазмових джерелах електронів даного типу.
Результати досліджень формування потоків електронів з електричного несиметричного відбивного розряду з порожнім катодом можуть бути використані для підвищення струмової й енергетичної ефективності існуючих технологічних джерел електронів даного типу, а також для створення на їхній основі плазмових емітерів електронів для об'ємних джерел негативних іонів.
Результати досліджень генерації негативних іонів в однощілинному гострокутному електромагнітному уловлювачі з плазмовим джерелом електронів можуть бути використані для створення нових ефективних однокамерних об'ємних джерел негативних іонів без розжарюваних конструкційних елементів, що дає змогу одержувати в таких джерелах негативні іони хімічно активних робочих газів для модифікації й обробки поверхонь у мікроелектронній промисловості.
Обґрунтованість і достовірність отриманих результатів обумовлена використанням добре вивчених і апробованих експериментальних методик і діагностичного устаткування. Зроблені висновки і проведені оцінки погоджуються з теоретичними й експериментальними результатами, що отримані раніше іншими авторами. Всі отримані результати також відповідають загальним положенням сучасної фізики плазми, фізики пучків заряджених частинок, теоретичної фізики та пройшли апробацію на наукових конференціях.
Особистий внесок здобувача полягав у практичній реалізації експериментальної роботи, на основі якої написана дисертація. Автор безпосередньо проводив виміри й обробку отриманих даних, брав участь у розробці, виготовленні та налагодженні експериментальної установки, систем розрядних електродів і діагностичних пристроїв.
Усі наукові публікації дисертанта, що включають результати дисертаційної роботи, здійснені їм у співавторстві. Здобувач брав безпосередню участь в аналізі й узагальненні отриманих результатів, а також у написанні й оформленні всіх статей та доповідей, що лягли в основу дисертації.
У роботі [1] здобувач експериментально досліджував вплив зовнішніх параметрів пеннінгівського розряду на характеристики електронних пучків, що ежектуються в аксіальному напрямку. Здобувачем показано, що радіальний профіль густини електронного струму й енергія електронного пучка мають сильну залежність від напруженості магнітного поля й анодної напруги.
У роботі [2] здобувач експериментально досліджував потоки заряджених частинок, які ежектуються з електрично-несиметричного пеннінгівського розряду. Здобувачем показано, що змінючи різницю потенціалів між катодами, можна ефективно керувати ступенем компенсації іонного пучка, що ежектується з розряду.
У роботі [3] здобувач експериментально досліджував режими генерації електронних пучків з пеннінгівського розряду з різною геометрією розрядних електродів. Здобувачем визначено особливості даних режимів і локалізацію області викиду електронів.
У роботі [4] здобувач провів експериментальні дослідження роботи плазмового джерела електронів на основі електрично-несиметричного відбивного розряду з порожнистим катодом. Здобувачем визначено вплив електричної несиметрії між катодами джерела на розрядні та емісійні характеристики джерела електронів даного типу при використанні різних робочих газів.
У роботі [5] здобувачем експериментально досліджені особливості ініціювання режиму горіння пеннінгівського розряду з порожнистим катодом для робочих газів з різними масовими числами. Здобувач визначив, що застування як робочого газу суміші аргону та водню дає змогу істотно розширити діапазон робочих параметрів джерела електронів даного типу порівняно з використанням однокомпонентних робочих газів.
У роботі [6] здобувач провів експериментальні дослідження параметрів об'ємного джерела негативних іонів на базі однощілинного гострокутного електромагнітного уловлювача та плазмового джерела електронів з порожнистим катодом. Здобувачем визначено емісійні характеристики джерела.
Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, що ввійшли в дисертаційну роботу, доповідалися на конференціях:
1. Науково-технічна конференція "Техніка і фізика електронних систем і пристроїв" (м. Суми, 1995 р.).
2. 23rd IEEE International Conference on Plasma Science (Boston, USA, 1996).
3. VIII Українська конференція і школа по фізиці плазми і керованому синтезу (м. Алушта, 2000 р.).
4. 4 Міжнародний симпозіум "Вакуумні технології й устаткування ISVTE - 4" (м. Харків, 2001 р.).
5. Міжнародна конференція і школа по фізиці плазми і керованому синтезу (м. Алушта, 2002 р.).
6. 10 Міжнародна конференція по іонним джерелам ICIS 2003 (м. Дубна, Росія, 2003 г.) (доповідь представлялась дисертантом).
Публікації. В основу дисертації покладено 6 наукових праць, які опубліковані в наукових журналах [1 - 6].
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'ятьох розділів, висновків і списку літератури. Повний обсяг дисертації складає 121 сторінку і 37 рисунків, які розміщені на цих сторінках. Список використаних джерел літератури налічує 153 найменування.
Основний зміст дисертації
У вступі доведено актуальність проблеми, викладено мету роботи, формулюються основні питання, що є предметом досліджень, відзначається зв'язок роботи з тематикою досліджень, проведених на кафедрі фізики плазми ХНУ, наведено основні положення, які виносяться на захист, показано наукову новизну отриманих результатів і їх практичне значення.
У першому розділі міститься короткий огляд попередніх робіт інших дослідників, що мають відношення до вивчення фізичних процесів у плазмових джерелах електронів на основі пастки Пеннінга й об'ємних джерелах негативних іонів, а також поставлено задачі досліджень.
У другому розділі подано опис створеної експериментальної установки, систем розрядних електродів, методик вимірів і умов проведення експериментів.
В п.2.1 описані конструкції та параметри експериментальних установок. В експериментах застосовувалися пеннінгівська система розрядних електродів з холодними катодами, пеннінгівська система розрядних електродів з порожнім катодом і система електродів об'ємного джерела негативних іонів.
У пеннінгівській системі розрядних електродів з холодними катодами використовувалися дві конфігурації електродів (рис.1). Перша конфігурація (рис.1а) складалася з циліндричного анода 3, плоского катода 1 і циліндричного катода 2. У другій конфігурації (рис.1б) всі електроди були циліндричними. В експериментах застосовувалися системи електродів діаметрами 18, 30 і 80 мм. Міжелектродні відстані катод - анод і довжини циліндричних катодів дорівнювали радіусу, а довжина анода - його діаметру. На анод 3 подавався позитивний потенціал. Різниця потенціалів між катодами 1 і 2 змінювалася в діапазоні U = -500 - +500 В. Системи електродів містилися в однорідному аксіальному зовнішньому магнітному полі напруженістю, що змінювалась у діапазоні Н = 0 - 1000 Е. Дослідження проводилися в стаціонарному режимі горіння розряду при тиску робочого газу (аргон, водень, повітря) Р = (0,01 - 1)10-3 Tор, анодній напрузі Ua = 0,5 - 3,5 кВ, розрядних струмах Iр = 0,1 - 100 мА. Параметри плазми в розряді складали: густина плазми - no (0,01 - 3)1010 см-3, температура електронів - Ті 5 - 40 еВ.
Пеннінгівська система розрядних електродів з порожнистим катодом (рис.2) складалася з порожнистого неохолоджуваного графітового катода 1, відбивного графітового катода 2, циліндричного анода 3, електрода 4, що витягає електрони, та колектора електронів 5. Зовнішній діаметр усіх електродів складав d = 18 мм. Міжелектродні відстані катод - анод дорівнювали радіусу, а довжина анода - його діаметру. В експериментах використовувалися порожнисті катоди з діаметрами катодної порожнини 3, 4,7, 7 мм. Електронний пучок витягався в аксіальному напрямку з боку катода 2 через емісійний отвір діаметром 3,5 мм. Потенціал електрода 4, що витягає електрони, змінювався в діапазоні Uвит = 0 - +600 В, а різниця потенціалів між катодами 1 і 2 - U = 0 - -600 В. Для зменшення вторинної електронної емісії потенціал колектора 5 установлювався на 40 В вище потенціалу електрода 4. Система розрядних електродів перебувала в однорідному аксіальному зовнішньому магнітному полі напруженістю Н = 600 Е. Дослідження проводились у стаціонарному режимі горіння розряду при тиску робочого газу (аргон, особливо чистий водень, суміш аргону та водню (30 - 50 % Ar і 50 - 70 % Н2)) Р = (0,01 - 2)10-2 Тор, анодній напрузі Ua = 0,1 - 4 кВ та розрядних струмах Iа = 0,01 - 0,9 А. Робочі гази напускалися в розряд через порожнину катода 1. Напуск робочих газів змінювався в діапазоні: особливо чистий водень - vН2 = 0,1 - 1,1 Атмсм3c-1, аргон - vAr = 0,1 - 0,5 Атмсм3c-1. Особливо чистий водень надходив з металогідридної системи напуску. Параметри плазми в області емісійного отвору катода 2 складали: щільність плазми - nо 1011 см-3, температура електронів - Те 1 - 4 еВ.
Система електродів об'ємного джерела негативних іонів складалася з пеннінгівського джерела електронів з порожнистим катодом і однощілинного гострокутного електромагнітного уловлювача (рис.3). Робоча камера уловлювача служила одночасно витяжним електродом джерела електронів. Магнітна конфігурація уловлювача створювалася усередині робочої камери зустрічним включенням котушок магнітного поля. Електронний пучок інжектувався в уловлювач із джерела електронів уздовж силових ліній магнітного поля. Для ефективного захоплення електронів в уловлювач радіус області, що емітує електрони, містився в межах зони ефективного утримання електронів. Потенціал, що витягає електрони UРК = 0 - + 400 В, подавався на робочу камеру уловлювача. Для зменшення втрат низькоенергетичних електронів з уловлювача в області магнітної щілини розташовувався циліндричний запірний електрод, на який подавалася негативна напруга U = 0 - -100 В щодо потенціалу робочої камери. Негативні іони витягалися з джерела перпендикулярно силовим лініям магнітного поля через боковий отвір у робочій камері і реєструвалися аналізатором негативних іонів. Супутні електрони в пучку негативних іонів відхилялися поперечним магнітним полем H = 275 Е й збиралися на внутрішній поверхні графітової вставки аналізатора. Супутній електронний струм, що досягав колектора негативних іонів, визначався за допомогою робочого газу аргону, який не утворює негативних іонів, і складав декілька мікроампер. Потенціал Uвит = 0 - +600 В, що витягає негативні іони, подавався на вхідну сітку аналізатора. Дослідження проводилися при тиску робочого газу (аргон, суміш аргону та водню (30 - 50 % Ar і 50 - 70 % Н2), суміш аргону з SF6 (20 - 40 % SF6 і 60 80 % Ar) Р = (0,01 - 2)10-2 Тор і струмах електронного пучка Iп = 0,01 - 0,35 А. Аргон і особливо чистий водень напускалися в уловлювач через катодну порожнину пеннінгівського джерела електронів, а SF6 надходив у робочу камеру через систему напуску.
В п.2.2 описані основні методики досліджень. Усереднені в часі параметри плазми визначалися стандартною методикою одиночного ленгмюрівського зонда. Для більш точного визначення потенціалу плазми використовувався метод термозонда. Реєстрація коливань у плазмі здійснювалася шляхом осцилографування сигналів, що надходили з коаксіальних високочастотних плаваючих зондів. Просторово - фазові характеристики коливань визначалися за допомогою рознесених у просторі зондів. Аналіз амплітудно - частотного спектра коливань здійснювався панорамними аналізаторами спектру в спектральному діапазоні (0,0001 - 100) МГц. Для оцінки абсолютних значень амплітуд коливань потенціалу плазми використовувався метод високочастотного зонда. Просторовий розподіл потоків заряджених частинок та їх усереднені у часі енергетичні спектри досліджувалися за допомогою пересувних багатосіткових електростатичних енергоаналізаторів. Аналіз енергетичних спектрів проводився методом затримувального потенціалу.
Розділ третій присвячується експериментальному дослідженню динаміки електронів з аномально великою енергією в плазмових системах на основі пастки Пеннінга.
У п.3.1 описані особливості розрядних характеристик пеннінгівського розряду при перебудові розряду в режим з ежекцією електронних пучків в аксіальному напрямку у випадках використання різних геометрій розрядних електродів, а також при електрично-симетричному та електрично-несиметричному включеннях розрядних електродів. Визначено, що характер перебудови розряду в даний режим при збільшенні величини зовнішнього магнітного поля та анодної наруги залежить від поперечних розмірів розрядних електродів. Показано, що при використанні замість аргону або повітря більш легкого робочого газу водню, при зменшенні діаметра розрядних електродів c 80 до 18 мм, зміні геометрії відбивного катода з циліндричної на плоску, а також при негативному зсуві потенціалу катода 1 діапазони зовнішніх параметрів розряду, при яких спостерігається ежекція електронних пучків в аксіальному напрямку, поширюються в область більш високих тисків робочого газу й анодних напруг.
У п.3.2 досліджені особливості в радіальному розподілі локальних параметрів плазми в пеннінгівському розряді та електронного пучка, що ежектується з розряду, які необхідні для аналізу процесу викиду електронів з аномально великою енергією. Показано, що при негативному зсуві потенціалу катода 1 в розряді спостерігається зниження плазмового потенціалу в області ежекції електронного пучка та підвищенні щільності струму пучка електронів у протилежному від катода напрямку. З'ясовано, що при збільшенні глибини аксіальної потенціальної ями в області ежекції електронного пучка вихід електронів з аномально великою енергією з розряду припиняється. У цьому випадку щільність плазми в області ежекції електронного пучка перевищує її значення на осі системи.
П. 3.3 присвячено дослідженню особливостей еволюції повздовжніх енергетичних спектрів електронних пучків, що ежектується з плазми пеннінгівського розряду в аксіальному напрямку. На підставі аналізу енергетичних спектрів встановлено, що викид електронів з аномально великою енергією з розряду супроводжується провисанням просторового потенціалу нижче потенціалу катодів в області за відбивними електродами. В енергетичних спектрах електронного пучка спостерігаються групи електронів з різними енергіями. Дві групи утворюють електрони, що ежектуються з плазми розряду. Енергія цих електронів зростає в аксіальному напрямку від центра розряду та досягає максимуму в області катодів. Перша, менш енергетична група електронів, утворена електронами, що уловлені між провисаннями просторового потенціалу. Друга, більш енергетична, група електронів обумовлена електронами, які подолали цей потенційний бар'єр. Для систем розрядних електродів з плоским катодом, крім груп електронів, що ежектуються з плазми розряду, в енергетичних спектрах спостерігається група електронів, які видимо емітуються з поверхні плоского катода за рахунок вторинної іонно-електронної емісії. Енергія цих електронів на виході з розряду визначається величиною потенціалу плоского катода, що емітує електрони. Інтенсивність групи вторинних електронів в енергетичному спектрі виражена слабше, ніж у груп електронів, що ежектуються з плазми розряду. Найбільш імовірна енергія електронного пучка на виході з розряду залежить від сорту робочого газу. Для водню ця енергія набуває більш низьких значень Е = 5 - 20 еВ, ніж для повітря або аргону Е = 20 - 100 еВ. Аналіз енергетичних спектрів електронів на виході з розряду свідчить, що це може бути обумовлено більшим провисанням просторового потенціалу за відбивними катодами при використанні більш важких робочих газів. Можливою причиною набору "аномальними" електронами додаткової енергії в аксіальному напрямку може бути взаємодія електронів з ВЧ коливаннями просторового заряду, які спостерігаються у розряді в цьому режимі.
...Подобные документы
Способи одержання плазми. Загальна характеристика та основні вимоги до плазмових джерел. Фізико-технічні завдання, що виникають при конструюванні плазмових джерел. Відмінні особливості та застосування плазмових джерел із замкненим дрейфом електронів.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 20.03.2011Зв'язок важких заряджених частинок з речовиною. До важких частинок відносяться частинки, маси яких у сотні разів більші за масу електрона. Вільний пробіг важких заряджених частинок у речовині. Взаємодія електронів, нейтронів з речовиною. Кулонівська сила.
реферат [51,0 K], добавлен 12.04.2009Проходження важких ядерних заряджених частинок через речовину. Пробіг електронів в речовині. Проходження позитронів через речовину. Експозиційна, поглинена та еквівалентна дози. Проходження нейтронів через речовину. Методика розрахунку доз опромінення.
курсовая работа [248,4 K], добавлен 23.12.2015Квантова механіка описує закони руху частинок у мікросвіті, тобто рух частинок малої маси (або електронів атома) у малих ділянках простору і необхідна для розуміння хімічних і біологічних процесів, а значить для розуміння того, як ми улаштовані.
реферат [162,5 K], добавлен 22.03.2009Методика складання диференціального рівняння вимушених коливань. Амплітуда та фаза вимушених коливань (механічних і електромагнітних). Сутність і умови створення резонансу напруг у електричному ланцюзі. Резонансні криві та параметричний резонанс.
реферат [415,2 K], добавлен 06.04.2009Явище термоелектронної емісії – випромінювання електронів твердими та рідкими тілами при їх нагріванні. Робота виходу електронів. Особливості проходження та приклади електричного струму у вакуумі. Властивості електронних пучків та їх застосування.
презентация [321,1 K], добавлен 28.11.2014Розрахунок поля електростатичних лінз методом кінцевих різниць; оптичної сили імерсійних лінзи і об'єктива та лінзи-діафрагми. Дослідження розподілу потенціалів у полях цих лінз та траєкторії руху електронів в аксиально-симетричному електричному полі.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 03.01.2014Взаємодія заряджених частинок з твердим тілом, пружні зіткнення. Види резерфордівського зворотнього розсіювання. Автоматизація вимірювання температури підкладки. Взаємодія атомних частинок з кристалами. Проведення структурних досліджень плівок.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 21.05.2015Загальне поняття про будову лічильника Гейгера-Мюллера, його призначення. Функції скляного віконця трубки. Процес реєстрації нейтронів. Історія винаходу лічильника. Камера Вільсона як детектор треків швидких заряджених частинок. Процес конденсації пари.
презентация [339,3 K], добавлен 15.04.2013Експериментальне дослідження й оцінка термо- і тензорезистивних властивостей двошарових плівкових систем на основі Co і Cu, Ag або Au та Fe і Cr та апробація теоретичних моделей. Феноменологічна модель проміжного шару твердого розчину біля інтерфейсу.
научная работа [914,9 K], добавлен 19.04.2016Енергія гармонічних коливань та додавання взаємно перпендикулярних коливань. Диференціальне рівняння затухаючих механічних та електромагнітних поливань і його рішення, логарифмічний декремент затухання та добротність. Вимушені коливання та їх рівняння.
курс лекций [3,0 M], добавлен 24.01.2010Відкриття нових мікроскопічних частинок матерії. Основні властивості елементарних частинок. Класи взаємодій. Характеристики елементарних частинок. Елементарні частинки і квантова теорія поля. Застосування елементарних частинок в практичній фізиці.
реферат [31,1 K], добавлен 21.09.2008Сутність і основні характерні властивості магнітного поля рухомого заряду. Тлумачення та дія сили Лоуренца в магнітному полі, характер руху заряджених частинок. Сутність і умови появи ефекту Холла. Явище електромагнітної індукції та його характеристики.
реферат [253,1 K], добавлен 06.04.2009Види класифікації елементарних частинок, їх поділ за статистичним розподілом Фермі-Дірака та Бозе-Ейнштейна. Види елементарних взаємодій та їх характеристика. Методи дослідження характеристик елементарних частинок. Особливості використання прискорювачів.
курсовая работа [603,0 K], добавлен 11.12.2014Загальна характеристика терагерцового випромінювання. Напівпровідникові гетероструктури. Загальна характеристика речовин GaAs, AlAs. Будова надрешітки. Рух електронів у статичному електричному полі та у терагерцових полях. Використання осцилятора.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 04.12.2014Характеристика методів отримання плівкових матеріалів, заснованих на фізичному випаровуванні: від історично перших методів термічного випаровування до сучасних іонно-плазмових, молекулярно-променевих та лазерних методів осадження. Рідкофазна епітаксія.
курсовая работа [865,1 K], добавлен 17.05.2012Вивчення законів, на яких ґрунтується молекулярна динаміка. Аналіз властивостей та закономірностей системи багатьох частинок. Огляд основних понять кінетичної теорії рідин. Розрахунок сумарної кінетичної енергії та температури для макроскопічної системи.
реферат [122,5 K], добавлен 27.05.2013Загальна інформація про вуглецеві нанотрубки, їх основні властивості та класифікація. Розрахунок енергетичних характеристик поверхні металу. Модель нестабільного "желе". Визначення роботи виходу електронів за допомогою методу функціоналу густини.
курсовая работа [693,8 K], добавлен 14.12.2012Основні положення явищ циклотронної частоти і циклотронного резонансу, що використовуються при дослідженні твердого тіла. Явища, що пов'язані з поведінкою електронів кристала в магнітному полі, експериментальні дослідження феномену орбітального руху.
реферат [2,7 M], добавлен 18.10.2009Найпростіша модель кристалічного тіла. Теорема Блоха. Рух електрона в кристалі. Енергетичний спектр енергії для вільних електронів у періодичному полі. Механізм електропровідності власного напівпровідника. Електронна структура й властивості твердих тіл.
курсовая работа [184,8 K], добавлен 05.09.2011
