Моделирование источников электронов высоковольтного тлеющего разряда, формирующих профильные электронные пучки
DOI:
https://doi.org/10.20535/S0021347019060013Ключові слова:
газоразрядная электронная пушка, высоковольтный тлеющий разряд, анодная плазма, профильный электронный пучокАнотація
В статье предложена методика моделирования электродных систем технологических электронных пушек высоковольтного тлеющего разряда с анодной плазмой, формирующих полые конические электронные пучки с кольцевым фокусом. Универсальность предложенной математической модели состоит в том, что в качестве одного из ее геометрических параметров выбран угол наклона образующей конической поверхности анода к оси симметрии системы, что позволило моделировать широкий класс электродных систем, формирующих профильные электронные пучки. Положение границы анодной плазмы в моделируемых электродных системах высоковольтного тлеющего разряда сначала рассчитывалось на основе одномерной модели разрядного промежутка, а затем пересчитывалось с учетом реальной геометрии электродной системы. Это позволило значительно упростить предлагаемую математическую модель и избежать необходимости использования сложных итерационных численных методов для расчета положения и формы границы анодной плазмы, не снижая при этом точности моделирования. Результаты моделирования положения границы анодной плазмы сравниваются с полученными экспериментальными данными и их расхождение составило 10–15%. Приведены результаты моделирования распределения электрического поля в области катодного падения потенциала и распределения плотности тока электронного пучка в кольцевом фокусе. Простота и универсальность, с учетом полученной высокой точности моделирования, являются достоинствами предложенной математической модели.Посилання
Ладохин, С. В.; Левицкий, Н. И.; Чернявский, В. Б.; [и др.]. Электронно-лучевая плавка в литейном производстве. К.: Сталь, 2007. 605 с.
Завьялов, М. А.; Крейндель, Ю. Е.; Новиков, А. А.; Шантурин, Л. П. Плазменные процессы в технологических электронных пушках. М.: Энергоатомиздат, 1989. 256 с.
Grechanyuk, M. I.; Melnyk, A. G.; Grechanyuk, I. M.; Melnyk, V. G.; Kovalchuk, D. V. “Modern electron beam technologies and equipment for melting of metals and alloys, deposition of protective coatings, production of composites condensed from vapor phase and powders,” Elektrotechnica and Electronica (E + E), Vol. 49, No. 5-6, p. 115-121, 2014. URI: https://epluse.ceec.bg/modern-electron-beam-technologies-and-equipment-for-melting-of-metals-and-alloys-deposition-of-protective-coatinfor-production-of-composites-condensed-from-vapor-phase-and-powders/.
Mattausch, G.; Zimmermann, B.; Fietzke, F.; Heinb, J.-P.; Graffel, B.; Winkler, F.; Roegner, F.-H.; Metzner, C. “Gas discharge electron sources – proven and novel tools for thin-film technologies,” Elektrotechnica and Electronica (E + E), Vol. 49, No. 5-6, p. 183-195, 2014. URI: https://epluse.ceec.bg/gas-discharge-electron-sources-proven-and-novel-tools-for-thin-film-technologies/.
Feinaeugle, P.; Mattausch, G.; Schmidt, S.; Roegner, F.-H. “A new generation of plasma-based electron beam sources with high power density as a novel tool for high-rate PVD,” Proc. of 54-th Annual Tech. Conf. on Society of Vacuum Coaters, Chicago, 2011, pp. 202-209.
Mattausch, G.; Scheffel, B.; Zywitzki, O.; Metzner, C.; Roegner, F. H. “Technologies and tools for the plasma-activated EB high-rate deposition of Zirconia,” Elektrotechnica and Electronica, Vol. 47, No. 5-6, p. 152-158, 2012.
Denbnovetsky, S. V.; Melnyk, V. G.; Melnyk, I. V. “High-voltage glow-discharge electron sources and possibilities of its application in industry for realizing of different technological operations,” IEEE Trans. Plasma Science, Vol. 31, No. 5, p. 987-993, Oct. 2003. DOI: https://doi.org/10.1109/tps.2003.818444.
Denbnovetskiy, S.; Melnyk, I.; Melnyk, V.; Tugai, B.; Tuhai, S.; Wójcik, W.; Lawicki, T.; Assambay, A.; Luganskaya, S. “Principles of operation of high voltage glow discharge electron guns and some possibilities of their technological application,” Proc. SPIE. The Int. Society Optical Engineering, 2017. p. 10445-10455. DOI: https://doi.org/10.1117/12.2280736.
Efimova, V. V.; Voronov, M. V.; Hoffmann, V.; Eckert, J. “Electrical properties of pulsed glow discharge. Two new aspects,” Publ. Astron. Obs. Belgrade, Vol. 84, p. 369-373, 2008. URI: http://adsabs.harvard.edu/full/2008POBeo..84..369E.
Fu, Ricky K. Y.; Chu, P. K.; Tian, X. B.; Yang, S. Q. “Ignition and dynamics of high-voltage glow discharge plasma implantation,” Nuclear Instruments and Methods in Physics Res. B, Vol. 242, No. 1-2, p. 275-278, 2006. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nimb.2005.08.033.
Tian, X. B.; Peng, P.; Chu, P. K. “Enhancement of process efficacy using seed plasma in pulsed high-voltage glow-discharge plasma implantation,” Phys. Lett. A, Vol. 303, No. 1, p. 67-71, Oct. 2002. DOI: https://doi.org/10.1016/s0375-9601(02)01234-3.
Tian, X. B.; Chu, P. K. “Experimental investigation of the electrical characteristics and initiation dynamics of pulsed high-voltage glow discharge,” J. Physics D: Appl. Phys., Vol. 34, No. 3, p. 354-360, 2001. DOI: https://doi.org/10.1088/0022-3727/34/3/318.
Tian, X.; Chu, P. K. “Biased Langmuir probe measurement for pulsed high-voltage glow discharge,” Abstracts of IEEE PPPS-2001. Pulsed Power Plasma Science Conf. 2001, 17-22 Jun. 2001, Las Vegas, USA. IEEE, 2001, p. 91-92. DOI: https://doi.org/10.1109/ppps.2001.961112.
Chenglong,Y.; Ingeneri, K.; Harrison, W. W. “A pulsed Grimm glow discharge as an atomic emission source,” J. Analytical Atomic Spectrometry, No. 4, p. 693-698, 1999. DOI: https://doi.org/10.1039/a807204c.
Melnyk, I. V. “Simulation of geometry of high voltage glow discharge electrodes’ systems, formed profile electron beams,” Proc. SPIE, Vol. 6278, Seventh Seminar on Problems of Theoretical and Applied Electron and Ion Optics, p. 627809-1-627809-13, 2006. DOI: https://doi.org/10.1117/12.693202.
Denbnovetsky, S. V.; Felba, J.; Melnik, V. I.; Melnik, I. V. “Model of beam formation in a glow discharge electron gun with a cold cathode,” Appl. Surface Science, Vol. 111, p. 288-294, 1997. DOI: https://doi.org/10.1016/s0169-4332(96)00761-1.
Hockney, R. W.; Eastwood, J. W. Computer Simulation Using Particles. CRC Press, 1988. URI: https://www.crcpress.com/Computer-Simulation-Using-Particles/Hockney-Eastwood/p/book/9780852743928.
Бронштейн, И. Н.; Семендяев, К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВУЗов. М.: Наука, 1981. 720 с.
Силадьи, М. Электронная и ионная оптика. М.: Мир, 1990. 639 с.
Мэтьюз, Д. Г.; Финк, К. Д. Численные методы. Использование MatLab. M., СПб., К.: Вильямс, 2001. 720 с.
Райзер, Ю. П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 592 с.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 Известия высших учебных заведений. РадиоэлектроникаИздатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.
Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).
Варианты доступа к статье:
1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)
В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).
2. Статья с последующим доступом по подписке
В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.
- Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
- Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
- Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
- Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
- Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
- Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
- Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
- Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
- Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
- Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
- Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
- Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
- Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
- Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
- В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
- Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
- Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.
