SCI Библиотека

Определены и сопоставлены между собой характеристики объемных пылевых структур, создаваемых в трех пылевых ловушках в тлеющем разряде. Устойчивыми в наложенном магнитном поле с индукцией до 2 Тл являются следующие пылевые ловушки: стоячая страта, область сжатия канала тока (внутри специальной диэлектрической вставки), область разряда, находящаяся в сильно неоднородном магнитном поле. Представлены геометрические характеристики объемных пылевых структур и особенности динамики их вращения: продольного и поперечного относительно вектора магнитной индукции размера, угловой скорости, ее продольного градиента в каждой из пылевых ловушек. Проанализированы отличия экспериментально полученных характеристик объемных пылевых структур в сильном магнитном поле в тлеющем и ВЧ-разрядах.

Предложен и реализован метод управления размером пылевых частиц при вариации электронной температуры посредством добавления в разряд малой доли примеси газа с низким потенциалом ионизации. Показано, что при использовании максимально разнящихся по массе инертных газов Не и Хе, размер отобранных пылевых частиц отличается вдвое. Выполнены численные оценки среднего размера отобранной частицы на основе баланса сил, действующих на пылевую частицу, с учетом влияния примеси на заряд частиц и скорость потока ионов. Метод настройки пылевой ловушки на размер удерживаемых частиц, работает в интервале порядка 1–10 мкм.

В условиях тлеющего разряда в сильном магнитном поле созданы объемные пылевые структуры в рабочих газах He, Ne и Ar в трех типах пылевых ловушек (в стоячей страте, в области сужения канала тока, в области неоднородного магнитного поля), в которых эти структуры стабильно существуют в полях порядка 2 Тл. Изучена динамика вращения горизонтальных, перпендикулярных магнитному полю, сечений пылевых структур, измерена их угловая скорость, определена ее неоднородность в объеме пылевой структуры во всех ловушках. Впервые представлены данные для ловушки в области сужения канала тока в диапазоне магнитной индукции до 2.5 Тл, что соответствует параметру замагниченности иона Ne+ около 2, а циклотронный радиус иона сравним с длиной экранирования. Обнаружено увеличение угловой скорости вращения структуры в полях свыше 1.5 Тл до 50 с−1, что является рекордно быстрым вращением пылевой плазмы. Описаны особенности геометрии пылевых структур в каждой из изучаемых ловушек.

Экспериментально исследовано аксиальное распределение потенциала плазмы, концентрации и температуры электронов в ВЧ емкостном источнике плазмы, имеющем геометрию ускорителя с замкнутым дрейфом электронов. Рассмотрены два случая организации внешней электрической цепи разряда. В первом случае электроды замыкались по постоянному току, во втором – размыкались. Показано, что замыкание электродов по постоянному току приводит к существенному росту потенциала плазмы и концентрации электронов. Вблизи электродов в ряде случаев наблюдаются локальные максимумы температуры и плотности плазмы, которые могут быть связаны с возникновением азимутального дрейфа электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях.

Представлен анализ формирования войда в установке ПК3 в пылевой плазме с частицами меламин формальдегида диаметром 3,4 мкм в ВЧ-разряде в аргоне при давлении 12–50 Па в условиях микрогравитации на МКС. Однородное состояние плазмы удаётся получить только при напряжении, близком к напряжению погасания разряда. Наложение низкочастотного напряжения с частотой 20–50 Гц стабилизирует состояние пылевой плазмы и сдвигает порог образования войда в сторону более высоких ВЧ-напряжений. Показано, что образование войда связано с нелокальной ионизацией плазмы в центре разряда быстрыми электронами, которые нагреваются в приэлектродных слоях.

Разработан компактный источник низкоэнергетических (до 30 кэВ) сильноточных (десятки кА) электронных пучков микросекундной длительности (2–4 мкс), который может быть использован в составе комбинированных многофункциональных установок научно-прикладного назначения, например, строящегося Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ). Генерирование пучка осуществляется в диоде со взрывоэмиссионным катодом со встроенными в него 25-тью дуговыми источниками плаз-мы, инициируемых пробоем по поверхности диэлектрика. Использование дуговых источников плазмы позволяет инициировать взрывную эмиссию при относительно не-больших ускоряющих напряжениях (от 7 кВ). Это, в свою очередь, дает возможность регулировки плотности энергии пучка в широком диапазоне (от 1,5 до 10 Дж/см2). Транспортировка пучка от катода к коллектору на требуемое расстояние (2–3 см), осуществляется в магнитном поле, создаваемом одиночным кольцевым постоянным магнитом.

Предложен метод экспериментального определения соотношения ионного и атомного компонентов бора в процессе формирования покрытия магнетронным распылением и электронно-лучевым испарением. Метод основан на сравнительном анализе приращения веса подложек оригинальных конденсационных зондов с поперечным магнитным полем и без него. Установлено, что при электронно-лучевом испарении определяющий вклад в формирование покрытия вносит ионная составляющая, а при магнетронном распылении – атомная. На основании оценки каждого из этих вкладов определено отношение концентрации атомарного и ионизованного компонентов бора в плазме электронного пучка и в плазме магнетронного разряда.

Экспериментально показано, что термофоретической силой, действующей в тепловом поле на микрочастицы в комплексной плазме, можно эффективно управлять облаком из заряженных микрочастиц, образующемся в электростатической ловушке страты положительного столба тлеющего разряда. Обнаружено, что изменение градиента температуры теплового поля приводит к изменениям местоположения облака в объёме плазмы, формы и размера облака и подавлению колебаний микрочастиц в направлениях поперечных этому градиенту. Обнаружено, что более сильное тепловое воздействие испытывают микрочастицы большего размера, а демпфирование колебаний микрочастиц происходит совместно с изменением пространственного расположения облака. Полученные экспериментальные результаты согласуются с теоретическими представлениями о рассматриваемых явлениях

Изучены особенности инжекции электронов из плазмы эмиттерного разряда в разрядную систему планарного магнетронного разряда. В качестве эмиттерного разряда использовались тлеющий разряд с полым катодом и вакуумная дуга. Инжекция электронов осуществлялась через центральное отверстие в мишени магнетрона. Давление рабочего газа (аргон) в вакуумной камере составляло 0,05–0,09 Па. Эмиттерный тлеющий разряд в полом катоде функционировал как в слаботочном непрерывном режиме (10–100 мА), так и сильноточном импульсном режиме (10–20 А, 25 мкс, 1 Гц). Вакуумный дуговой эмиттер функционировал в импульсном режиме (10–60 А, 200 мкс, 1 Гц). Измерены токи эмиссии для различных конфигураций разрядной системы, в том числе определены условия, обеспечивающие полное переключение электронного компонента тока эмиттера в разрядную систему магнетронного распылителя.

Экспериментально рассмотрен импульсный ВЧ-разряд как рабочий процесс сеточного ВЧ ионного источника. Показано, что при работе на таком разряде может быть получен прирост ионного тока по сравнению с непрерывным режимом работы. Этот прирост тем больше, чем больше разница между характерным временем падения ионного тока после выключения ВЧ-мощности и временем нарастания ионного тока при включении ВЧ-мощности. Оценены параметры пульсаций, при которых достигается максимизация ионного тока. Показано, что внешнее постоянное продольное магнитное поле в диапазоне 0–7,2 мТ немонотонно влияет на максимальное и равновесное значение ионного тока в импульсе, при этом темпы падения ионного тока после выключения ВЧ-мощности не изменяются.