Несамостійний вакуумний дуговий розряд

в парах монокристалічного цирконію

 

А. Г. Борисенко, Е. Г. Костін, О. Рокицький, О. А. Федорович

 

Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ, Україна

 

Вакуумний дуговий розряд в даний час знайшов дуже широке застосування при вирішенні різних практичних завдань в багатьох галузях науки і промисловості. Однак багато питань його функціонування до теперішнього часу залишаються неясними і є об'єктами подальших досліджень. Зокрема, по даний час залишаються актуальними завдання створення замкнутої фізичної моделі катодної плями вакуумного дугового розряду. Є також необхідність  проведення досліджень з метою досягнення повного розуміння фізики процесів генерації плазми в катодних плямах, подальше вивчення фізики процесів напилення сплавів різних матеріалів [1-2]. Наявність макрочастинок в створюваних джерелами плазмових потоках на основі вакуумного дугового розряду з інтегрально холодним катодом є однією з основних проблем іонно-плазмових технологій і вимагає рішення задач фільтрації плазмових потоків та пошуку нових умов і методів зменшення крапельної фази катодного матеріалу в потоках плазми [3].

Безкрапельні потоки плазми твердофазних матеріалів здатний генерувати несамостійний дуговий розряд в парах матеріалу анода [4]. Він є перспективним і широко використовується для розробки джерел іонів різних металів. Розряд також розглядається як один з можливих елементів плазмового сепаратора системи переробки відпрацьованих радіоактивних відходів Відзначені вище особливості та можливості вакуумного дугового розряду в парах матеріалу анода свідчать про доцільність і актуальність вивчення його властивостей і характеристик, в тому числі і в парах різних конструкційних матеріалів ядерної енергетики.

     В роботі  було запропоновано метод і розроблено методику «газового запалення» розряду, що дозволило зменшити максимальну напругу необхідних джерел електроживлення. В експериментах були вивчені основні характеристики несамостійного дугового розряду в чистих парах цирконію та встановлено величину необхідної мінімальної електропотужності, необхідної для його стабільного горіння. Показано, що при певних умовах мінімальна потужність горіння розряду в парах цирконію може бути близькою до потужності горіння розряду в парах нікелю. Показано, що створюваний дуговим розрядом в парах цирконію плазмовий потік має компенсований об’ємний заряд і може бути використаним для нанесення металевих плівок і покриттів з цирконію на підкладинки з різних матеріалів, в тому числі і на діелектричні. В експериментах визначені швидкості росту осаджуваних плівок цирконію в різних робочих режимах розряду. Встановлені коефіцієнти іонізації плазмових потоків і показана можливість їх керованої зміни, що може бути використано для цілеспрямованого управління властивостями осаджуваних плівок і покриттів. Отримані дані також дозволяють визначити відповідні вимоги до можливих джерел електроживлення.

 

1.        Аксенов И.И. Вакуумная дуга в эрозионных источниках плазмы / И.И. Аксенов. – Х.: ННЦ ХФТИ, 2005. – 212 с.

2.         Anders A. Cathodic Arcs: From Fractal Spots to Energetic Condensation. — New York: Springer, 2008, ISBN 978-0-387-79107-4

3.        Сысоев Ю.А. Проблемы ионно-плазменных технологий на основе вакуумно-дугового разряда и пути их решения // Авиационно-космическая техника и технологии. - 2011. - №7 (84). – С. 38-43.

4.         Borisenko A.G., Saenko V.A., Rudnitsky V.A. Nonself-sustained arc discharge in anode material vapors // IEEE Trans Plasma Science. -1999 August. – Vol.27, No.4. –P. 877-881.