123182, Москва, пл. Курчатова, д.1.
Институт ядерного синтеза (ИЯС)
Кузнецова Лариса Константиновна
(ученый секретарь ИЯС).
тел.: (095)196-70-45
факс.: (095)943-00-73
e-mail: Lary@nfi.kiae.ru
Импульсные процессы
Работы в рамках программы «Байкал». Разработан, изготовлен и испытан модуль
плазменного переключателя тока (ППТ) для установки МОЛ. Определены условия, при
которых возможно включение ППТ в цепь индуктивного накопителя с помощью
плазменных пушек, что существенно упрощает всю схему. Применение магнитного
поля и разделительного разрядника позволяет сохранять высокое сопротивление переключателя
в течение примерно 1 мкс и передавать в нагрузку с малым начальным,
нарастающим во времени импедансом — имитатор лайнера — до 20—30% энергии индуктивного
накопителя.
Внешнее магнитное поле приводит к
существенному сокращению продольной скорости плазмы и уменьшению эффективной
длины, на которой развиваются все процессы в ППТ, до 10 см, что позволяет
минимизировать его размеры. Программируемое заполнение переключателя плазмой
даёт возможность сохранить его работоспособность после пропускания длинного (~
40 мкс) предымпульса. При этом погонная плотность переносимого заряда в
экспериментах достигала 20 мКл/см. Полученные результаты являются
серьёзным основанием для того, чтобы рассчитывать на успешную работу модуля ППТ
в качестве одного из самых важных элементов установки МОЛ при условии, что
будут решены достаточно сложные технологические проблемы, связанные с
обеспечением надёжной защиты соленоида, плазменных пушек и малогабаритных высоковольтных
вводов от воздействия высоких температур.
Исследования на установке «Кальмар». На
установке «Кальмар» с помощью двух высокоскоростных камер исследована скорость
разлёта тонких металлических фольг и мишеней из аэрогеля различной плотности
при прохождении сильноточного электронного пучка, а также столкновение
плазменных потоков, возникающих в системе фольг при тех же условиях.
Зафиксировано уменьшение размеров зоны энерговыделения пучка по сравнению с
результатами компьютерного моделирования. Обнаружено, что при воздействии
мощного потока электронов светимость аэрогелей значительно превышает светимость
мишеней из слюды с примерно таким же количеством вещества.
Спектроскопические свойства сверхплотной неидеальной плазмы
Исследовались спектроскопические свойства
сверхплотной низкотемпературной плазмы, создаваемой пучком релятивистских
многозарядных ионов, получаемых на ионном ускорителе в Дармштадте (т.н.
«плотное теплое вещество»). Исследовано распределение плазменного микрополя и
рассчитаны контуры водородных спектральных линий с учетом их перекрытия и
ионизации в плазме. Обсуждаются возможности спектроскопической диагностики
такой среды.
Прикладные плазменные процессы
Плазменная обработка поверхностей. На установке «Пласт» с пучково-плазменным
разрядом были созданы покрытия на основе карбида кремния, нанесенные на
трубчатые детали из нержавеющей стали марки 10Х18Н10Т. Детали с нанесенными
покрытиями были испытаны на предприятии НПП «Элемер» в условиях высоких температур
(973 К) в агрессивной среде (расплавленный алюминий). Испытания, проведенные
в течение 65 дней в непрерывном режиме в условиях переменных тепловых нагрузок
показали высокую стойкость, превышающую стойкость испытанных до настоящего
времени покрытий аналогичного
назначения не менее, чем в 10 раз. Ожидаемый ресурс работы изделий с
применением данного покрытия составляет до 1000 часов.
Вакуумные ионно-лучевые и плазменные
технологии. Проведены вакуумные электрофизические
испытания модуля ассистирования ионным пучком — ионного имплантора нового
поколения, предназначенного для научных исследований в области ионно-лучевых и
плазменных технологий. Наблюдается устойчивая работа имплантора. Получены
следующие предельные значения: энергия ионов (по однозарядным ионам) — 50 кэВ,
средний ток ионов — 15 мА.
С использованием данного имплантора проведено нанесение твердых износостойких
многокомпонентных наноструктурных покрытий магнетронным методом с ассистированием
пучком ионов Ti. Проведены
предварительные металлофизические исследования полученных покрытий.
Нанотехнологии. Начаты работы по получению нанопорошков
металлов и их соединений импульсно-дуговым методом. Для проведения исследований
создана экспериментальная вакуумная установка РАЗРЯД (на базе установки ВУП-1)
с использованием импульсно-дугового испарителя (ИДИ) со следующими
характеристиками:
Ток разряда, средний – до 20 А,
Напряжение разряда – до 100 В,
Частота следования импульсов – от 1 до 50 Гц.
Разработана оригинальная система
электропитания ИДИ.
На установке РАЗРЯД проведены следующие
исследования.
·
Определены
вольтамперные характеристики ИДИ с катодом из WC+Co и его системы питания при различных емкостях КБ и различной частоте
следования импульсов.
·
Определен
коэффициент электропереноса m для WC+Co, который оказался примерно равным 20 мг/кКл; коэффициент m является
важнейшей характеристикой производительности дугового испарителя как источника
металлической плазмы и, следовательно, как генератора нанопорошка.
·
Проведено
исследование получения нанопорошка WC+Co. Изучены три метода получения: а) осаждение плазмы на поверхность
стеклянной подложки, покрытую масляной пленкой, б) осаждение плазмы в масло, в)
конденсация порошка в атмосфере камеры. Полученный порошок изучался с помощью
просвечивающего электронного микроскопа. Для всех трех методов порошок состоит
из конгломератов частиц, имеющих размеры 5 – 50 нм; сами конгломераты имеют размеры 100 – 1000
нм. Принципиальной разницы в структуре порошков, полученных разными методами,
не обнаружено.
Плазменные ускорители. В кооперации с НИИПМЭ МАИ и ВНИИЭМ рассмотрены
возможности использования абляционных импульсных плазменных двигателей (АИПД)
на низкоорбитальных космических аппаратах. Показано, что АИПД, разработанные в
последнее десятилетие, являются конкурентоспособными при решении задач
поддержания орбиты малых космических аппаратов.
Проводился теоретический анализ устойчивости
плазменного потока в канале плазменных ускорителей с замкнутым дрейфом
электронов типа УЗДП, который позволил объяснить некоторые экспериментальные
результаты по масс-спектрометрическим измерениям, выполненным в более ранних
работах, и дает возможность расширить имеющиеся в настоящее время представления
о физических процессах, происходящих в ускорителях этого класса.
Разработаны теоретические основы ИЦР нагрева ионов в сильно
ионизованной холодной плазме, учитывающих форму антенн и влияние плазмы. Создана программа расчета функции распределения
ионов при ИЦР нагреве в реальной конфигурации проектируемой установки,
предназначенной для экспериментов по сепарации элементов.