Параметри стрічкового електронного пучка, сформованого гарматами ВТР: дослідження положення плазмової межі

Автор(и)

  • Ігор Віталійович Мельник Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0000-0003-0220-0615
  • Сергій Борисович Тугай Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0000-0001-7646-1979
  • Олександр Миколайович Коваленко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml
  • Михайло Юрійович Скрипка Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0009-0006-7142-5569

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347024020031

Ключові слова:

електронно-променеві технології, електронна гармата, стрічковий електронний пучок, високовольтний тліючій розряд, ВТР, анодна плазма

Анотація

У першій частині статті отримані аналітичні співвідношення для розрахунку положення плазмової межі відносно поверхні катода в електродній системі високовольтного тліючого розряду (ВТР), яка формує стрічковий електронний пучок з лінійним фокусом. Проведені розрахунки ґрунтуються на припущені, що в системах з різною геометрією електродів анодна плазма, за умови однакової прискорювальної напруги та однакового тиску, займає однаковий об’єм. Наведені отримані в результаті моделювання графічні залежності положення плазмової межі від прискорювальної напруги та тиску газу. Проведені теоретичні та експериментальні дослідження показали, що розрахункові дані для положення плазмової межі відносно катоду, у разі середніх та великих значень тиску в камері газорозрядної гармати, відрізняються від експериментальних даних не більше 10%.

Враховуючи те, що в електродних системах ВТР анодна плазма є джерелом іонів та електродом з потенціалом, з використанням методів комп’ютерного моделювання можуть бути визначені розподіл електричного поля та фокальні параметри стрічкового електронного пучка з лінійним фокусом.

Посилання

S. V. Denbnovetsky, I. V. Melnyk, V. G. Melnyk, B. A. Tugai, S. B. Tuhai, “High voltage glow discharge electron guns and its advanced application examples in electronic industry,” in 2016 International Conference Radio Electronics & Info Communications (UkrMiCo), 2016, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/UkrMiCo.2016.7739615.

S. V. Denbnovetsky, V. I. Melnyk, I. V. Melnyk, “High voltage glow discharge electron sources and possibilities of its technological application,” in 20th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, 2002, pp. 111–114, doi: https://doi.org/10.1109/ISDEIV.2002.1027321.

I. V. Melnyk, “Simulation of geometry of high voltage glow discharge electrodes’ systems, formed profile electron beams,” in Proc. SPIE 6278, Seventh Seminar on Problems of Theoretical and Applied Electron and Ion Optics, 2006, pp. 627809-627809–13, doi: https://doi.org/10.1117/12.693202.

И. В. Мельник, А. В. Починок, “Моделирование источников электронов высоковольтного тлеющего разряда, формирующих профильные электронные пучки,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 62, no. 6, pp. 311–323, 2019, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347019060013.

I. V. Melnyk, A. V. Pochynok, “Algorithm of calculation of focal parameters of profile electron beams, formed by the gas-discharge electron guns,” Syst. Res. Inf. Technol., no. 2, pp. 7–17, 2019, doi: https://doi.org/10.20535/SRIT.2308-8893.2019.2.01.

J. Chang, S. Li, Z. Lin, F. Bai, G. Li, Z. Bai, “Characterization of magnetic focusing of electron gun based on structural parameters of magnetic lens,” Chinese J. Vac. Sci. Technol., vol. 44, no. 5, pp. 463–469, 2024, doi: https://doi.org/10.13922/j.cnki.cjvst.202401009.

L. Gu, J. Yang, H. Zhao, W. Tan, J. Li, “Simulation analysis of factors affecting penning discharge in high current pulsed electron beam,” Chinese J. Vac. Sci. Technol., vol. 44, no. 2, pp. 184–190, 2024, doi: https://doi.org/10.13922/j.cnki.cjvst.202306003.

Y. Qiu, S. Li, X. Zheng, S. Fu, F. Bai, “Electrostatic focusing characteristic of electron gun with multi-parameter coupling,” Chinese J. Vac. Sci. Technol., vol. 41, no. 11, pp. 1094–1100, 2021, doi: https://doi.org/10.13922/j.cnki.cjvst.202101027.

S. Schiller, U. Heisig, S. Panzer, Electron Beam Technology. New-York: John Wiley & Sons, 1982.

M. Szilagyi, Electron and Ion Optics. Heidelberg: Springer, 2011.

A. A. Druzhinin, I. P. Ostrovskii, Y. N. Khoverko, N. S. Liakh-Kaguy, A. M. Vuytsyk, “Low temperature characteristics of germanium whiskers,” Funct. Mater., vol. 21, no. 2, pp. 130–136, 2014, doi: https://doi.org/10.15407/fm21.02.130.

A. Druzhinin, I. Bolshakova, I. Ostrovskii, Y. Khoverko, N. Liakh-Kaguy, “Low temperature magnetoresistance of InSb whiskers,” Mater. Sci. Semicond. Process., vol. 40, pp. 550–555, 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.mssp.2015.07.030.

I. Melnyk, S. Tuhai, M. Surzhykov, I. Shved, V. Melnyk, D. Kovalchuk, “Analytical estimation of the deep of seam penetration for the electron-beam welding technologies with application of glow discharge electron guns,” in 2022 IEEE 41st International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), 2022, pp. 1–5, doi: https://doi.org/10.1109/ELNANO54667.2022.9927071.

T. O. Prikhna et al., “Electron-beam and plasma oxidation-resistant and thermal-barrier coatings deposited on turbine blades using cast and powder Ni(Co)CrALY(Si) alloys I. Fundamentals of the production technology, structure, and phase composition of cast NiCrAlY alloys,” Powder Metall. Met. Ceram., vol. 61, no. 1–2, pp. 70–76, 2022, doi: https://doi.org/10.1007/s11106-022-00296-8.

T. O. Prikhna et al., “Electron-beam and plasma oxidation-resistant and thermal-barrier coatings deposited on turbine blades using cast and powder Ni(Co)CrAlY(Si) alloys produced by electron-beam melting II. Structure and chemical and phase composition of cast CoCrAlY alloys,” Powder Metall. Met. Ceram., vol. 61, no. 3–4, pp. 230–237, 2022, doi: https://doi.org/10.1007/s11106-022-00310-z.

S. V. Denbnovetsky, V. I. Melnyk, I. V. Melnyk, P. V. Porytskyy, “Experimental and theoretical investigation of technological process of obtaining of metals oxide and nitride coatings by using high-voltage gas-discharge electron beam evaporator,” in Proceedings ISDEIV. 19th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum (Cat. No.00CH37041), 2000, vol. 2, pp. 552–555, doi: https://doi.org/10.1109/DEIV.2000.879048.

I. V. Melnyk, V. I. Melnyk, P. V. Porytskyy, “Investigation of metal evaporation and film deposition with a high voltage glow-discharge electron gun under middle vacuum,” in XXIst International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, 2004. Proceedings. ISDEIV., 2004, vol. 2, pp. 575–578, doi: https://doi.org/10.1109/DEIV.2004.1422681.

A. Zakharov, S. Rozenko, S. Litvintsev, M. Ilchenko, “Trisection bandpass filter with mixed cross-coupling and different paths for signal propagation,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 30, no. 1, pp. 12–15, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2019.2957207.

А. Н. Калинюк, А. Я. Дереча, В. В. Тэлин, А. Ф. Коляда, В. И. Костенко, Н. М. Иванов, “Особенности производства ленточных литых заготовок марок ВТ1-0 и GRADE 2 из низкосортного губчатого титана,” Современная электрометаллургия, no. 3, pp. 20–26, 2018, doi: https://doi.org/10.15407/tpwj2018.07.03.

T. Kemmotsu, T. Nagai, M. Maeda, “Removal rate of phosphorus from molten silicon,” High Temp. Mater. Process., vol. 30, no. 1–2, pp. 17–22, 2011, doi: https://doi.org/10.1515/htmp.2011.002.

S. V. Denbnovetsky, V. G. Melnyk, I. V. Melnyk, B. A. Tugay, “Obtaining of powerful electron beams in high voltage glow discharges with cold cathodes,” in XXIst International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, 2004. Proceedings. ISDEIV., vol. 2, pp. 533–536, doi: https://doi.org/10.1109/DEIV.2004.1422668.

W. E. Frazier, “Metal additive manufacturing: a review,” J. Mater. Eng. Perform., vol. 23, no. 6, pp. 1917–1928, 2014, doi: https://doi.org/10.1007/s11665-014-0958-z.

F. Froes, R. Boyer, Additive Manufacturing for the Aerospace Industry. Elsevier, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/C2017-0-00712-7.

D. Kovalchuk, V. Melnyk, I. Melnyk, “A coaxial wire-feed additive manufacturing of metal components using a profile electron beam in space application,” J. Mater. Eng. Perform., vol. 31, no. 8, pp. 6069–6082, 2022, doi: https://doi.org/10.1007/s11665-022-06994-z.

B. M. Smirnov, Theory of Gas Discharge Plasma, vol. 84. Cham: Springer International Publishing, 2015, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-11065-3.

Y. P. Raizer, Gas Discharge Physics. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 1991, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-61247-3.

J. A. Bittencourt, Fundamentals of Plasma Physics. New York, NY: Springer New York, 2004, doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4757-4030-1.

N. A. Krall, A. W. Trivelpiece, Principles of Plasma Physics. San Francisco Press, 1986, uri: https://www.abebooks.com/Principles-Plasma-Physics-Krall-Nicholas-Trivelpiece/31959939425/bd.

R. Fitzpatrick, Plasma Physics. Taylor & Francis, 2023, uri: https://www.routledge.com/Plasma-Physics-An-Introduction/Fitzpatrick/p/book/9781032202518.

G. J. Pert, Modelling and Simulation in Plasma Physics for Physicists and Mathematicians. Wiley, 2024.

U. S. Inan, M. Gołkowski, Principles of Plasma Physics for Engineers and Scientists. Cambridge: Cambridge University Press, 2010, doi: https://doi.org/10.1017/CBO9780511761621.

P. M. Bellan, Fundamentals of Plasma Physics. Cambridge: Cambridge University Press, 2006, doi: https://doi.org/10.1017/CBO9780511807183.

P. H. Diamond, S.-I. Itoh, K. Itoh, Modern Plasma Physics. Cambridge: Cambridge University Press, 2014.

I. V. Melnyk, V. G. Melnyk, B. A. Tugai, S. B. Tuhai, N. I. Mieshkova, A. V. Pochynok, “Simplyfied universal analytical model for defining of plasma boundary position in the glow discharge electron guns for forming conic hollow electron beam,” in 2019 IEEE 39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), 2019, pp. 548–552, doi: https://doi.org/10.1109/ELNANO.2019.8783454.

I. Melnyk, S. Tugay, V. Kyryk, I. Shved, “Methods and algorithm for calculating the focal parameters of a hollow conical electron beam in high-voltage glow discharge electron guns with a focusing magnetic lens,” Syst. Res. Inf. Technol., no. 3, pp. 17–32, 2021, doi: https://doi.org/10.20535/SRIT.2308-8893.2021.3.02.

Конструктивна схема електродної системи ВТР, яка формує електронний пучок з лінійним фокусом

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-06-26

Як цитувати

Мельник, І. В., Тугай, С. Б., Коваленко, О. М., & Скрипка, М. Ю. (2024). Параметри стрічкового електронного пучка, сформованого гарматами ВТР: дослідження положення плазмової межі. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 67(6), 347–359. https://doi.org/10.20535/S0021347024020031

Номер

Том 67 № 6 (2024)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель 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:
  1. 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.
  2. 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.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. 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.