Формирование импульсно-периодических пучков ионов металлов субмиллисекундной длительности с высокой плотностью мощности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Представлены результаты исследований импульсно-периодического формирования пучков ионов алюминия, хрома и титана субмиллисекундной длительности на основе источника с генерацией плазмы непрерывным вакуумным дуговым разрядом. Высокая импульсная плотность мощности в ионном пучке достигается за счет баллистической фокусировки ионов с помощью одноэлектродного сеточного экстрактора в виде части сферы. Для очистки пучка ионов в области его кроссовера от микрокапельной фракции плазмы вакуумной дуги использован метод, основанный на эффекте солнечного затмения. Исследованы особенности и закономерности генерации пучков ионов трех металлов при длительности импульсов 450 мкс, ускоряющем напряжении до 40 кВ, с плотностью мощности в импульсе, превышающей 105 Вт/см2. Установлено, что устойчивое формирование импульсно-периодических пучков ионов металлов высокой интенсивности при субмиллисекундной длительности на основе плазмы вакуумной дуги достигается благодаря ионно-электронной эмиссии, компенсирующей уход плазменных электронов в ускоряющий зазор.

Об авторах

А. И. Рябчиков

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: dektyarev@tpu.ru
634050, Томск, просп. Ленина, 30

С. В. Дектярев

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: dektyarev@tpu.ru
634050, Томск, просп. Ленина, 30

А. В. Гурулев

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: dektyarev@tpu.ru
634050, Томск, просп. Ленина, 30

Список литературы

  1. Shulov V.A., Paikin A.G., Teryaev D.A., Bytsenko O.A., Engel'ko V.I., Tkachenko K.I. // Inorganic Materials: Applied Research. 2013. V. 4. P. 189. http://doi.org/10.1134/S2075113313030118
  2. Коваль Б.А., Месяц Г.А., Озур Г.Е., Проскуровский Д.И., Янкелевич Е.Б. Сильноточные импульсные электронные пучки в технологии. Сборник / Отв. ред. Г.А. Месяц. Новосибирск: Наука, 1983.
  3. Ozur G.E., Proskurovsky D.I. // Plasma Phys. Rep. 2018. V. 44. P. 18. http://doi.org/10.1134/S1063780X18010130
  4. Vorobyov M.S., Teresov A.D., Moskvin P.V., Koval N.N., Doroshkevich S.Y., Shin V.I. // 7th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE), Tomsk, Russia, 2020. P. 492. http://doi.org/10.1109/EFRE47760.2020.9241895
  5. Kaikanov M., Kozlovskiy A., Abduvalov A., Dukenbayev K., Zdorovets M.V., Tikhonov A. // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2019. V. 30. P. 15724. http://doi.org/10.1007/s10854-019-01958-x
  6. Kuang X., Li L., Wang L., Li G., Huang K., Xu Y. // Surf. Coatings Technol. 2019. V. 374. P. 72. http://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.05.055
  7. Ryabchikov A.I., Dektyarev S.V., Korneva O.S., Lopatin I.V., Sivin D.O., Ivanov Y.F. // 7th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE). 2020. P. 702. http://doi.org/10.1109/EFRE47760.2020.9242058
  8. Rej D.J., Davis H.A., Olson J.C., Remnev G.E., Zakoutaev A.N., Ryzhkov V.A., Strurs V.K., Isakov I.F., Shulov V.A., Nochevnaya N.A., Stinnett R.W., Neau E.L., Yatsui K., Jiang W. // J. Vac. Sci. Technol. A. 1997. V. 15. P. 1089. http://doi.org/10.1116/1.580435
  9. Shulov V.A., Nochovnaya N.A., Remnev G.E., Pellerin F., Monge-Cadet P. // Surf. Coat. Technol. 1998. V. 99. P. 74. http://doi.org/10.1016/S0257-8972(97)00408-8
  10. Bandura N., Byrka O.V., Chebotarev V.V., Garkusha I.E., Makhlaj V.A., Medvedev V., Taran V.S., Tereshin V.I., Skoblo T.S., Pugach S.G. // Intern. J. Plasma Environ. Sci. Technol. 2011. V. 5. P. 2. http://doi.org/10.34343/ijpest.2011.05.01.002
  11. Garkusha I.E., Byrka O.V., Chebotarev V.V., Derepovski N.T., Müller G., Schumacher G., Poltavtsev N.S., Tereshin V.I. // Vacuum. 2000. V. 58. P. 195. http://doi.org/10.1016/S0042-207X(00)00168-8
  12. Uglov V.V., Cherenda N.N., Anishchik V.M., Stalmashonak A.K., Astashinski V.M., Mishchuk A.A. // Vacuum. 2007. V. 81. P. 1341. http://doi.org/10.1016/j.vacuum.2007.01.041
  13. Poate J.M., Foti G., Jacobson D.C. Surface Modification and Alloying by Laser, Ion, and Electron Beams. Berlin: Springer, 2013.
  14. Wang D., Yang Y., Guo T., Xiong X., Xie Y., Li K., Li B., Ghali M. // Sol. Energy. 2021. V. 213. P. 118. https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.11.041
  15. Huang J. // Optik. 2021. V. 226. 165437. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.165437
  16. Li Y., Wu Y., Wang W., Lei M., Li X. // Surf. Coat. Technol. 2021. V. 405. 126567. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.126567
  17. Williams J.S., Poate J.M. Ion Implantation and Beam Processing. Orlando: Academic, 1984.
  18. Wang F., Khan A., Ayaz M., Ahmad I., Nawaz R., Gul N. // J. Math. 2020. V. 2020. 8875976. https://doi.org/10.1155/2020/8875976
  19. Anders A. Handbook of Plasma Immersion Implantation and Deposition. New York: John Wiley & Sons, 2000.
  20. Komarov F.F., Yuvchenko V.N. // Tech. Phys. 2003. V. 48. P. 717. https://doi.org/10.1134/1.1583824
  21. Белый А.В., Кукареко В.А., Лободаева О.В. Ионно-лучевая обработка металлов, сплавов и керамических материалов. Минск: Беларус. навука, 1998.
  22. Kozlov E.V., Ryabchikov A.I., Sharkeev Yu.P., Stepanov I.B., Fortuna S.V., Sivin D.O., Kurzina I.A., Prokopova T.S., Mel'nik I.A. // Surf. Coat. Technol. 2002. V. 158. P. 343. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(02)00275-X
  23. Moncoffre N., Jagielski J. // Surf. Coat. Technol. 1994. V. 65. P. 30. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(94)80005-7
  24. Shipilova O.I., Gorbunov V.L. Paperny S.P., Chernykh A.A., Dresvyansky V.P., Martynovich E.F., Rakevich A.L. // Surf. Coat. Technol. 2020. V. 393. 125742. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125742
  25. Zatsepin D.A., Boukhvalov D.W., Zatsepin A.F., Mikhaylov A.N., Gerasimenko N.N., Zaporochan O.A. // J. Mater. Sci. 2021. V. 56. P. 2103. https://doi.org/10.1007/s10853-020-05319-6
  26. Hutchings R. // Mater. Sci. Eng. A. 1994. V. 184. P. 87. https://doi.org/10.1016/0921-5093(94)91023-5
  27. Zhang L.C., Chen L.Y., Wang L. // Adv. Eng. Mater. 2020. V. 5. 1901258. https://doi.org/10.1002/adem.201901258
  28. Pelletier J., Anders A. // IEEE Transactions on Plasma Science. 2005. V. 33. P. 1944. https://doi.org/10.1109/TPS.2005.860079
  29. Wei R. // Surf. Coat. Technol. 1996. V. 83. P. 218. https://doi.org/10.1016/0257-8972(95)02828-5
  30. Wilbur P.J., Davis J.A., Wei R., Vajo J.J., Williamson D.L. // Surf. Coat. Technol. 1996. V. 83. P. 250. https://doi.org/10.1016/0257-8972(95)02830-7
  31. Ryabchikov A.I., Sivin D.O., Ananin P.S., Ivanova A.I., Lopatin I.V., Korneva O.S., Shevelev A.E. // Surf. Coat. Technol. 2018. V. 355. P. 129. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.02.110
  32. Ryabchikov A.I., Kashkarov E.B., Shevelev A.E., Obrosov A., Sivin D.O. // Surf. Coat. Technol. 2019. V. 372. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.05.020
  33. Ryabchikov A.I. // IEEE Trans. Plasma Sci. 2021. V. 49. P. 2529. https://doi.org/10.1109/TPS.2021.3073942
  34. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B., Dektyarev S.V. // Rev. Sci. Instrum. 2006. V. 77. 03B516. https://doi.org/10.1063/1.2171674
  35. Ryabchikov A.I., Ananin P.S., Dektyarev S.V., Sivin D.O., Shevelev A.E. // Vacuum. 2017. V. 143. P. 447. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2017.03.011
  36. Koval T.V., Ryabchikov A.I., An T.M.K., Shevelev A.R., Sivin D.O., Ivanova A.I., Paltsev D.M. // Journal of Physics: Conference Series. 2018. V. 1115. 032007. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1115/3/032007
  37. Ryabchikov A.I., Tarakanov V.P., Korneva O.S., Sivin D.O., Gurulev A.V. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2022. V. 533. P. 29. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2022.10.015
  38. Brown I.G., Godechot X. // IEEE Transactions on Plasma Science. 1991. V. 19. P. 713. https://doi.org/10.1109/27.108403

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).