Создание нового поколения плазменных источников электронов, функционирующих в области повышенных давлений среднего вакуума, для электронно-лучевой обработки диэлектрических материалов

Исследованы источники электронных пучков с плазменным катодом, особенность которых заключается в их способности формировать электронный пучок в области среднего вакуума, т.е. в диапазоне давлений 1 - 100 Па. Это обстоятельство обеспечивает возможность электронно-лучевой обработки диэлектрических материалов, включая различные типы керамик, а также полимеры. Цель: установление физических особенностей, определяющих устойчивость, стабильность функционирования и предельные параметры плазменно-эмиссионных систем на основе дугового и тлеющего разрядов в непрерывном и импульсном режимах горения в области рабочих давлений среднего вакуума. Выполнены экспериментальные исследования формирования электронных пучков различной конфигурации в системах на основе тлеющего и дугового разрядов. Проведены эксперименты по электронно-лучевой обработке неорганических (керамика) и органических (полимеры) материалов. Значительная часть экспериментальных исследований посвящена новому направлению электронно-лучевой технологии, связанному с инжекцией электронного пучка в диэлектрическую полость. Основная особенность формирования электронных пучков в системах с плазменным катодом в среднем вакууме состоит в решающем влиянии потока ионов в направлении, противоположном распространению электронного пучка. Этот ионный поток в значительной степени определяет предельные параметры источника (ток пучка, ускоряющее напряжение, давление газа), а также оказывает влияние на однородность пучка по сечению для широкоапертурных пучков и на минимальное поперечное сечение для узкосфокусированных пучков. Определены режимы обработки, обеспечивающие глубокое (несколько миллиметров) проплавление диэлектрических материалов, а также модификацию приповерхностного слоя толщиной не более нескольких десятков микрометров. Показана принципиальная возможность генерации пучковой плазмы в диэлектрической полости. Параметры плазмы позволяют прогнозировать возможность ее применения для как для модификации внутренних поверхностей диэлектрических сосудов, так и для целей плазмохимии.