Источники низкотемпературной плазмы и электронных пучков на основе дуговых разрядов низкого давления с полым анодом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.02, доктор технических наук в форме науч. докл. Коваль, Николай Николаевич

• Коваль, Николай Николаевич
• доктор технических наук в форме науч. докл.
• 2000

Оглавление диссертации доктор технических наук в форме науч. докл. Коваль, Николай Николаевич

Общая характеристика работы.

Основное содержание работы.

1. Структура и свойства дуговых разрядов низкого давления с полым анодом.

1.1. Квазистационарная протяженная дуга низкого давления с полым анодом, инициируемая разрядом по поверхности диэлектрика.

1.2. Импульсно-периодическая контрагированная дуга с полым анодом, инициируемая разрядом Пеннинга .С.

1.3. Стационарный дуговой разряд с комбинированным катодом, включающим накаленный и полый катоды, и полым анодом большого размера.

2. Управление параметрами источников газоразрядной плазмы и электронных пучков на основе дуговых разрядов низкого давления с полым анодом.

2.1. Управление током разряда источников плазмы.

2.2. Управление током электронного пучка, генерируемого источником с сетчатым плазменным эмиттером.

2.3. Управление длительностью фронта импульса тока пучка.

2.4. Управление распределением плотности тока по сечению пучка.

3. Эффективные источники низкотемпературной газоразрядной плазмы на основе несамостоятельного дугового разряда низкого давления с полым анодом и их применение.

3.1. Плазменный источник «ПИНК» и его применение.

3.2. Вакуумные ионно-плазменные установки «СПРУТ» и их применение

4. Источники низкоэнергетичных электронных пучков на основе дуговых разрядов низкого давления с полым анодом.

4.1. Источник электронов на основе контрагированного дугового разряда.

4.2. Сильноточный источник электронов на основе дуги, инициируемой тером )дом

КНИГА ИМЕЕТ 1ения.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Источники низкотемпературной плазмы и электронных пучков на основе дуговых разрядов низкого давления с полым анодом»

Три взаимосвязанные проблемы: экология, энерго- и ресурсосбережение

- в настоящее время являются приоритетными. Различные аспекты этих проблем можно рационально решать с использованием вакуумных электронно-ионно-лучевых и плазменных технологий, которые интенсивно развиваются в последние годы. Кроме того что эти технологии сами по себе являются экологически чистыми, так как все процессы осуществляются в вакууме, а выбросы газов после откачки легко отфильтровать, с их помощью эффективно реализуются такие природозащитные процессы, как, например, обеззараживание сточных вод, понижение активности радиоактивных выбросов и отходов, разрушение токсичных примесей в выхлопных газах и дымах. Вакуумные электронно-ионно-лучевые и плазменные технологии зачастую являются энергетически более выгодными, чем традиционные, при выполнении операций улучшения функциональных свойств материалов и изделий. Ресурсосбережение достигается при использовании технологий поверхностной модификации деталей и инструмента с помощью вакуумной электронно-ионно-лучевой и плазменной технологии, когда можно существенно удлинить срок службы изделий без использования дорогостоящих легирующих элементов для их изготовления. Можно привести и другие примеры перспективных технологических процессов, в которых применение пучков заряженных частиц и плазменных потоков дает неоспоримые преимущества или даже является единственно приемлемым научно-техническим решением актуальной проблемы.

Прогресс в области создания новых наукоемких технологий с использованием ускоренных пучков заряженных частиц и плазменных потоков во многом связан с пониманием физических процессов, происходящих как при генерации пучков и плазмы, так и при их взаимодействии с обрабатываемыми средами и материалами. С этой точки зрения целенаправленные исследования в области физики вакуумных и газовых разрядов дают основу для разработки современного оборудования для пучковой и плазменной обработки и реализации с его помощью новых высокоэффективных технологических процессов.

К плазменным образованиям, которые используются в технологии как для непосредственной обработки материалов и изделий в вакууме, так и для создания плазменно-эмиссионных структур в электронных и ионных источниках, предъявляется ряд специфических требований:

- обеспечение необходимой плотности плазмы в больших объемах с хорошей однородностью концентрации в области обработки изделий или в области формирования плазменной эмиссионной поверхности;

- обеспечение высокой степени ионизации рабочего газа;

- малые энергетические затраты на производство плазмы;

- устойчивость и воспроизводимость плазменных образований.

Эти требования в основном определяют выбор типа разряда, который целесообразно использовать в источниках плазмы для оптимизации технологического режима или для достижения заданных параметров электронных и ионных источников. Задачу заполнения больших (до нескольких кубических метров) вакуумных объемов однородной плазмой с плотностью 109 . 10" см-3 и создания плазменных эмиссионных поверхностей большой (до нескольких квадратных метров) площади можно рационально решить с использованием сильноточных дуговых разрядов низкого давления с полым анодом большого размера. Такие разряды обеспечивают токи от нескольких ампер до нескольких килоам-пер при низком (до нескольких десятков вольт) напряжении горения как в импульсном, частотно-импульсном, так и в непрерывном режимах, относительно легко зажигаются и горят в самостоятельном или несамостоятельном режимах в широком диапазоне давлений (от 10~3 до 10 Па), имея хорошую воспроизводимость основных параметров и большой срок службы катода.

Для того чтобы реализовать основные преимущества сильноточных дуговых разрядов низкого давления в конкретных конструкциях плазменных и электронных источников, необходимо глубокое изучение структуры таких разрядов, параметров и свойств генерируемой ими плазмы, а также особенностей построения электродных систем для конкретных применений разряда в этих конструкциях. Важны также и исследования по применению разработанных электрофизических устройств в научных и технологических целях с точки зрения получения информации об эффективности, воздействия плазмой и пучками заряженных частиц на газы и конденсированные среды. Анализ полученной информации дает основу для дальнейшего совершенствования разрабатываемого оборудования и технологических режимов обработки плазмой и пучками ускоренных заряженных частиц. С другой стороны, создание оборудования с параметрами, превышающими известные, позволит разрабатывать новые технологические процессы, которые невозможно осуществить при использовании имеющихся источников заряженных частиц и плазмы.

Таким образом, актуальность темы диссертационной работы обусловлена необходимостью получения новых знаний о физике процессов в разрядах низкого давления и потребностями науки, техники и производства в создании нового поколения плазменного и электронно-пучкового оборудования для реализации с его помощью новых высокоэффективных технологических процессов.

Цель работы состояла в изучении процессов формирования и устойчивого горения сильноточных импульсных и непрерывных дуговых разрядов низкого давления с полым анодом, исследовании параметров и свойств генерируемой ими плазмы, создании на этой основе эффективных источников плазмы и ускоренных электронов, а также использовании их для научных и технологических целей.

Для достижения намеченной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. исследовать физику процессов зажигания, устойчивого горения и структуру дуговых разрядов низкого давления с полым анодом;

2. исследовать основные параметры и эмиссионные свойства плазменных образований, генерируемых дуговыми разрядами низкого давления в электродных системах источников низкотемпературной плазмы различного назначения;

3. создать экспериментальные макеты импульсных, частотно-импульсных и квазистационарных электронных источников с плазменными эмиттерами на основе сильноточных дуговых разрядов низкого давления с полым анодом, исследовать их эмиссионные свойства, условия формирования и транспортировки пучков в газонаполненных промежутках;

4. разработать эффективные источники газоразрядной плазмы и электронных пучков на основе дуговых разрядов с полым анодом для научных исследований и технологических целей с параметрами, превосходящими известные;

5. с использованием разработанного плазменного и электронно-пучкового оборудования провести исследования по воздействию плазменных и электронных потоков на газ и конденсированные среды с целью генерации лазерного и микроволнового излучений, а также целенаправленной модификации функциональных свойств материалов и изделий.

Методы исследований

Использовался комплексный подход к решению поставленных задач, включающий теоретические оценки основных процессов и построение простых физических моделей исследуемых явлений, экспериментальные исследования и анализ их результатов с целью уточнения, дополнения и проверки адекватности теории и эксперимента, а также исследование основных эксплуатационных характеристик разработанных источников в условиях реальных технологических циклов.

В работе использовались методы математического моделирования электрических и магнитных полей в электродных системах источников заряженных частиц, процессов извлечения электронов из плазмы и формирования электронных пучков в межэлектродных промежутках и пространстве дрейфа.

В экспериментах применялись известные и специально разработанные методики зондовых, электрических, осциллографических, спектроскопических и спектрометрических измерений параметров плазмы и пучков заряженных частиц. Эти методики дополнялись калориметрическими измерениями, визуальными наблюдениями, фотографированием свечения плазменных образований и изучением автографов пучков на фольгах и полимерных материалах. При исследовании поверхностей, обработанных пучками и плазмой, использовались различные металлографические методики и устройства для изучения прочностных и грибологических свойств образцов.

Достоверность результатов подтверждается удовлетворительным согласием теоретических оценок, результатов математического моделирования и экспериментальных результатов; хорошим совпадением экспериментальных данных, полученных по различным методикам; непротиворечивостью полученных экспериментальных данных и выводов с результатами других исследователей, а также систематическим многолетним характером экспериментальных исследований с публикацией результатов в ведущих отечественных и зарубежных рецензируемых журналах.

Научная новизна

Основные результаты работы относятся к категории полученных впервые. К наиболее важным из них можно отнести следующие:

1. Показано, что в начальной стадии дугового разряда низкого давления с полым анодом большого размера и принудительным инициированием катодного пятна заполнение анодной полости плазмой происходит как в результате движения катодной плазмы к аноду, так и в результате генерации плазмы в межэлектродном промежутке при ионизации остаточного газа ускоренными приложенным напряжением электронами, усиленной за счет возникновения осцилляции электронов при формировании отрицательного анодного падения потенциала.

2. Показано, что в квазистационарном режиме горения дугового разряда низкого давления с полым анодом большого размера вблизи катода формируется область плазмы с повышенной плотностью, плазмообразующая среда в которую поставляется в основном со стороны катодного пятна. Плотная плазма и наличие области немонотонного распределения потенциала обеспечивают механизм токопереноса в прикатодных областях разряда, создавая потоки ионов как в сторону катода, так и в сторону анода. На внешней границе прикатодной области с повышенной плотностью плазмы образуется слой пространственного заряда, в котором происходит ускорение электронов в сторону анода. Этот слой разделяет катодную и анодную области разряда.

3. Показано, что инициирование катодного пятна при зарядке диэлектрических пленок на отрицательном электроде, помещенном в плазму, и переход к дуге определяются не только зарядом, перенесенным ионами из плазмы на диэлектрик, и критической напряженностью электрического поля в диэлектрике, но и приложенным к электроду напряжением.

4. Определены условия эффективного отбора электронов из плазмы дугового разряда низкого давления с полым анодом и сеточной стабилизацией ее эмиссионной границы. Реализован режим с током эмиссии электронов из плазмы, близким к току разряда, и высокой (до ± 5 %) однородностью распределения плотности тока по сечению пучка площадью до 103 см2.

5. Предложен и реализован метод сеточного управления током плазменного эмиттера, позволяющий за счет малоинерционного переключения тока разряда в область эмиссии получать сильноточные электронные пучки с длительностью импульсов тока < Ю-6 с при квазистационарном (1(Г3.10'4 с) горении дугового разряда низкого давления с полым анодом.

6. На основе сильноточных дуговых разрядов низкого давления с полым анодом созданы источники низкотемпературной газоразрядной плазмы импульсного, импульсно-периодического и непрерывного действия, позволяющие генерировать положительно заряженную плазму с концентрацией пе = 109 . 10ш см~3 в объемах до 1 м3 с неоднородностью плотности не хуже, чем ± 20 % от ее среднего значения.

7. На основе оригинальных конструкций источников низкотемпературной плазмы созданы эффективные электронные источники с сетчатым плазменным эмиттером, генерирующие пучки круглого и прямоугольного сечения с током до 1 кА при плотности тока от 10~2 до 102 А/см2, энергией электронов от сотен электрон-вольт до сотен килоэлектрон-вольт, длительностью импульсов от 10~7 до Ю-3 с, частотой следования импульсов от одиночных до 105 с4 и обладающие хорошей воспроизводимостью импульсов тока.

8. Предложена конструкция и создан ускоритель с сетчатым плазменным катодом для получения радиально сходящегося электронного пучка и на его основе — генератор микроволнового излучения и газовый лазер.

9. Показано, что в электродной системе с полым анодом и накаленной вольфрамовой нитью, помещенной в полый катод большого размера, реализуется несамостоятельный дуговой разряд с током в сотни ампер без образования катодного пятна, в котором эффективно ионизуется напускаемый газ и генерируется низкотемпературная неравновесная газоразрядная плазма, равномерно заполняющая расширенную анодную область разряда. За счет интенсивного потока ионов из такой плазмы эффективно очищаются и активируются металлические и диэлектрические поверхности помещенных в плазму образцов, что способствует улучшению адгезии и структуры напыляемых на них тонкопленочных покрытий.

10. С использованием разработанных источников плазмы предложена и реализована технология модификации поверхности металлов и диэлектриков, совмещающая обработку низкотемпературной газоразрядной плазмой и электродуговое напыление упрочняющих, защитных и декоративных покрытий, обладающих улучшенными эксплуатационными свойствами.

11. Созданы пилотные установки для совмещенной технологии модификации поверхности материалов и изделий, позволяющие в едином технологическом цикле производить очистку и активацию поверхности низкотемпературной плазмой, создавать промежуточные сопрягающие слои и наносить металлические и композиционные покрытия различного функционального назначения.

Научная и практическая ценность работы обусловлены тем, что

1. Результаты физических исследований сильноточных дуговых разрядов низкого давления и свойств генерируемой ими плазмы вносят существенный вклад в понимание процессов коммутации тока в протяженных межэлектродных промежутках, заполнения их плазмой, структуры установившихся самостоятельных и несамостоятельных разрядов и дают основу для создания нового поколения высокоэффективного электронно-пучкового и плазменного оборудования для научных и технологических целей.

2. Решена важная научно-техническая проблема создания однородных стационарных и квазистационарных низкотемпературных плазменных образований в больших (~ 1 м3) объемах при низких (Ю-3 . 1 Па) давлениях и их использования для эффективной финишной очистки и активации поверхности металлов и диэлектриков перед нанесением функциональных покрытий методами вакуумного ионно-плазменного напыления, а также для плазменного ассистирования в процессе напыления покрытий электродуговым методом. Созданы эффективные источники газоразрядной плазмы «ПИНК», которые используются в двух лабораториях ИСЭ СО РАН и на шести предприятиях различных форм собственности в России.

3. На основе проведенных исследований разработаны оригинальные низковольтные и высоковольтные электронные источники с сетчатыми плазменными эмиттерами, которые по ряду параметров превосходят известные источники, что позволило осуществить с их использованием модификацию поверхности сталей и сплавов путем импульсной закалки, генерацию микроволнового излучения в квазистационарном режиме и лазерную генерацию видимого и инфракрасного излучений при возбуждении газовых смесей. Разработанные источники используются для научных и технологических целей в ряде лабораторий ИСЭ СО РАН (г. Томск), а также были переданы в НИИ ЭФА (г. С.-Петербург), ПО «Электрон», (г. Львов), ИЭФ УрО РАН (г. Екатеринбург), МРТИ РАН (г. Москва), УАИ (г. Уфа) и в университет Твен-те (г. Эншайде, Голландия).

4. Созданы пилотные образцы высокопроизводительных технологических установок серии «СПРУТ» для модификации поверхности металлов и диэлектриков специально разработанными методами вакуумной ионно-плазмен-ной технологии. Установки используются в России и поставлены в Китай и Венгрию.

Основная часть исследований и разработок по тематике диссертации имела целевую практическую направленность и выполнялась в рамках госбюджетных работ ИСЭ СО РАН, программ ГКНТ СССР, МН РФ, СО РАН, грантов РФФИ, а также при выполнении хоздоговорных работ и контрактов с научными организациями России, США, Китая и Голландии. Результаты выполненных работ служат основой для дальнейшего совершенствования вакуумного электронно-пучкового и плазменного оборудования и реализуемых с его помощью совре

• I 9 Л менных наукоемких, экологически чистых, высокоэффективных технологий плазмохимии и модификации поверхности материалов и изделий.

Апробация работы и публикации

Основные результаты диссертационной работы докладывались, представлялись и обсуждались на Всесоюзном симпозиуме по ненакаливаемым катодам (1977, 1980, 1985, Томск); Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике (1978, 1982, 1986, 1988, Томск; 1990, Свердловск, 1992, Пермь-Москва); Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике (1981, Москва); International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum (1978, Albuquerque, USA; 1980, Eidhoven, Netherlands; 1984, Berlin, DDR; 1988, Paris, France; 1994, Moscow-St.-Petersburg, Russia; 1996, Berkeley, USA; 1998, Eidhoven, Netherlands); International Conference on Phenomena in Ionized Gases (1979, Grenoble, France; 1981, Minsk, USSR; 1991, Pisa, Italy); Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы (1983, Москва; 1987, Ташкент; 1991, Минск; 1998, Петрозаводск); International Conference on High Power Particle Beams (1988, Karlsruhe, Germany; 1990, Novosibirsk, USSR); Всесоюзной конференции «Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц» (1988, Томск; 1991, Свердловск; 1994, 1996, Томск); Всесоюзной конференции по физике газового разряда (1990, Омск; 1992, Казань; 1996, 1998, Рязань); Всесоюзном симпозиуме «Современное электротермическое оборудование для поверхностного упрочнения деталей машин и инструментов»' (1990, Свердловск); International Conference «Lasers-89» (1989, New Orleans, USA); SPIE Conference on Laser Physics (1993, St.-Petersburg, Russia); Международном симпозиуме по пучковым технологиям (1995, Дубна, Россия); Научно-технической конференции «Покрытия, упрочнение, очистка: Экологически безопасные технологии и оборудование» (1995, Москва); International Conference on Electrical Contacts, Arcs, Apparatus and Applications (1997, Xian, P.R. China); International Conference on Electron Beam Technologies (1997, Varna, Bulgaria) ; Asian-European International Conference on Plasma Surface Ingineering (1997, Seoul, Korea) ; Международной конференции «Радиационно-термиче-ские эффекты и процессы в неорганических материалах» (1998, Томск); International Symposium on Research and Applications of Plasma «PLASMA-97» (1997, Opole, Poland), «PLASMA-99» (1999, Warsaw, Poland).

Основные результаты работы опубликованы в двух специализированных сборниках и 40 статьях в отечественных и зарубежных рецензируемых журналах, а также в 20 полных текстах докладов на международных конференциях и симпозиумах. Получены 6 авторских свидетельств и три российских патента. Общий список публикаций по теме диссертации включает 120 наименований Список основных работ приведен в конце диссертации.

Личный вклад автора

Автор внес определяющий вклад в постановку задач исследований, планирование и проведение экспериментов, анализ полученных результатов и разработку основных конструктивных решений, использованных в экспериментальных макетах и технологических установках. В постановке отдельных задач и обсуждении результатов принимали участие Г.А. Месяц, Ю.Е. Крейндель и П.М. Щанин. Соавторы, принимавшие участие в исследованиях по отдельным направлениям, указаны в списке основных публикаций по теме диссертации. Все результаты, составляющие научную новизну диссертации и выносимые на защиту, получены автором лично.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Скорость коммутации тока в протяженных разрядных промежутках с полы: анодом и инициированием катодного пятна вспомогательным разрядом по поверхности диэлектрика при низких давлениях прямо пропорциональна произведению pd (где р - давление, d—межэлектродное расстояние) в диапазоне его значений pd ~ 10~3.Л0~2 Па-м и растет с увеличением скорости введения мощности во вспомогательный разряд.

2. Генерация плазмы в анодной полости дуговых разрядов низкого давления с полым анодом в квазистационарной фазе их горения происходит в результате ионизации рабочего газа и материала катода потоком электронов," ускоренных в слоях пространственного заряда, образующихся на границах катодной и анодной плазм. Потенциальный барьер у стенок анодной полости препятствует выходу из плазмы замедленных электронов потока, которые, многократно отражаясь от этого барьера, эффективно ионизуют газ. Разряд преимущественно переключается в области локального понижения барьера, образующиеся у помещенных в плазму электродов с потенциалом, превышающим потенциал плазмы, или у эмиссионной сетки за счет провисания потенциала из ускоряющего промежутка, чем и объясняется достигнутый в экспериментах ток эмиссии электронов, сравнимый с током разряда. Локальным изменением соотношения между размерами ячеек сетки и шириной пристеночного потенциального барьера можно эффективно управлять распределением плотности эмиссионного тока сетчатого плазменного катода, реализуя высокую (до ± 5 %) равномерностью распределения плотности тока в пучке с площадью сечения до 103 см2.

3. Энергетически эффективное формирование квазистационарных электронных пучков большого сечения рационально осуществлять за счет импульсного горения дуговых разрядов низкого давления в плазменных эмиттерах с сеточной стабилизацией эмиссионной границы при постоянном высоком ускоряющем напряжении.

4. Метод сеточного управления током плазменного эмиттера электронов на основе дуги низкого давления с расширенной анодной областью позволил сформировать импульсные электронные пучки с амплитудой тока > 1 кА при длительности импульсов тока < 10-6 с.

5. Использование эффективных источников плазмы на основе дуговых разрядов низкого давления с полым анодом, оригинальных схем их электропитания и управления позволило создать источники электронных пучков с током от 10 А при длительности импульсов ~10~3 с до >1 кА при длительности импульсов ~10-5 с энергией ускоренных электронов от нескольких сотен электрон-вольт до 300 кэВ, с частотой следования импульсов от одиночных до сотен герц в импульсно-периодическом и десятков килогерц в пакетно-импульсном режимах, с площадью поперечного сечения до нескольких тысяч квадратных сантиметров, с неоднородностью плотности тока по сечению пучка, не превышающей ±10 % от среднего значения. Широкий диапазон независимой регулировки основных параметров электронных пучков обеспечил их эффективное применение в квантовой электронике для возбуждения лазерных смесей, в радиационно-химических процессах отверждения полиэфирных лаков и в экспериментах по импульсной термообработке металлов.

6. Использование комбинированного катода, состоящего из накаленной вольфрамовой нити, помещенной в полый катод, и полого анода больших размеров обеспечивает зажигание при низком (10~2.1 Па) давлении и стабильное горение в непрерывном режиме дугового разряда без катодного пятна с током от нескольких ампер до нескольких сотен ампер, который эффективно генерирует однородную плазму с концентрацией Ю9.Л010 см"3 в объемах до ~1 м3. На основе такого разряда созданы источники низкотемпературной газоразрядной плазмы и высокопроизводительные технологические установки для вакуумной ионно-плазменной модификации поверхности материалов и изделий.

Основное содержание работы

Заключение диссертации по теме «Вакуумная и плазменная электроника», Коваль, Николай Николаевич

Основные результаты и выводы

1. Показано, что скорость коммутации тока в длинных промежутках с полым анодом и принудительным инициированием катодного пятна вспомогательным разрядом по поверхности диэлектрика при низких давлениях прямо пропорциональна произведению длины промежутка d на давление р в диапазоне значений pd ~ 10310-2 Пам и растет с увеличением скорости введения мощности во вспомогательный разряд, в отличие от коротких вакуумных промежутков, где скорость коммутации тока постоянна.

2. Разработана физическая модель квазистационарной стадии дугового разряда низкого давления, основанная на концепции немонотонного распределения потенциала в длинных межэлектродных промежутках с полым анодом. Предложенная модель непротиворечиво объясняет известные и вновь полученные экспериментальные данные по токопрохождению, направлению движения и энергетическим спектрам заряженных и нейтральных частиц в прикатодной плазме повышенной плотности и в анодной области исследованного разряда.

3. Предложен и реализован метод генерации плотной однородной плазмы в больших (~1 м3) объемах с помощью несамостоятельного дугового разряда низкого давления с полым анодом большого размера и комбинированным катодом, состоящим из полого катода и помещенного в него накаленного катода. Установлено, что такой разряд зажигается и устойчиво горит в непрерывном режиме при низком (до Ю-2 Па) давлении с током до 200 А и напряжением горения 30.60 В без катодного пятна и при минимальном количестве металлических и диэлектрических примесей в плазме. Изменением параметров разряда можно в широких (от 109 до 10" см-3) пределах регулировать концентрацию плазмы.

4. Установлено, что поток ионов, формирующийся в слое пространственного заряда у поверхности образцов, помещенных в плазму несамостоятельной дуги низкого давления, эффективно очищает и активирует эту поверхность, а в процессе электродугового нанесения покрытий создает условия для образования нанокристаллических структур, обладающих повышенными адгезией, пластичностью и износостойкостью.

5. Показано, что в плазменном эмиттере на основе дугового разряда низкого давления с полым анодом и отрицательным анодным падением потенциала при извлечении электронов через сетчатый электрод, стабилизирующий эмиссионную границу плазмы, локальным изменением соотношения между шириной потенциального барьера и размерами ячеек сетки можно достигать тока эмиссии, близкого к току разряда, и эффективно управлять распределением плотности эмиссионного тока из плазмы. За счет такого метода практически реализована высокая (до ± 5 %) равномерность распределения плотности тока в пучке с площадью сечения до ~103 см2.

6. На основе плазменных эмиттеров с дугой низкого давления и сеточной стабилизацией эмиссионной границы плазмы предложены и созданы

• эффективные источники низкоэнергетичных (до 20 кэВ) сильноточных (до 1 кА) микросекундных (до 50 мкс) электронных пучков с плотностью тока ускоренных электронов до 100 А/см2;

• ускорители электронов, обеспечивающие получение выводимых в атмосферу пучков большого (до 4x103 см2) сечения с широким диапазоном независимой регулировки энергии электронов (до 300 кэВ), амплитуды (до 1 кА), длительности (10~5. 10~3 с) и частоты следования (до 50 с-1) импульсов тока.

По совокупности основных параметров созданные источники и ускорители электронов превосходят известные отечественные и зарубежные аналоги.

7. С использованием несамостоятельного дугового разряда с полым анодом созданы и успешно эксплуатируются технологические пилотные установки нового типа для вакуумного ионно-плазменного нанесения металлических и композиционных покрытий на плоские изделия площадью до 4 м2 с производительностью 10 м2/час и на объемные изделия размерами 10x10x10 см с производительностью 200 шт/час.

8. Использование созданных эффективных источников плазмы и электронных пучков позволило

• разработать новые технологические процессы плазменно-ассистированно-го нанесения функциональных покрытий с повышенными эксплуатационными свойствами на металлы и диэлектрики;

• проводить процесс радиационно-стимулированного отверждения лаковых покрытий на воздухе без образования липкого слоя;

• получить частотно-импульсную генерацию лазерного излучения микро- и миллисекундной длительности при возбуждении смесей инертных газов электронным пучком.

Совокупность полученных результатов и сформулированных в диссертации научных положений и выводов позволяют заключить, что создано новое направление в вакуумной и плазменной электронике - физические основы процессов зажигания и горения сильноточных дуговых разрядов низкого давления с полым анодом большого размера.

В результате выполнения данной работы решена важная научно-техническая проблема генерации однородной низкотемпературной плазмы в больших вакуумных объемах и на этой основе создан новый класс эффективных источников плазмы и электронных пучков для научных исследований и технологических целей.

В заключение автор считает своим долгом выразить благодарность и искреннюю признательность профессору |Крейнделю Ю.Е. за постоянное внимание, творческое участие и поддержку настоящей работы; профессору Щани-нуП.М. за постоянное содействие и сотрудничество; профессору Королеву Ю.Д. за полезные рекомендации при обсуждении отдельных экспериментальных результатов; профессору Коваленко Ю.А. за ряд полезных советов и предоставление программы BEAM-CAD расчета электронных пучков. Автор благодарит сотрудников лаборатории плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН Толкачева B.C., Гушенца В.И., Девяткова В.Н., Гончаренко И.М., Бугаева А.С., Борисова Д.П. за помощь в подготовке и проведении экспериментов; Кондратьеву Н.П. за помощь при выполнении спектроскопических исследований; Винтизенко Л.Г. за активное участие в конструировании установок; Ковшарова Н.Ф. за участие в создании технологических ионно-плазменных установок, а также соавторов работ за плодотворное сотрудничество.

Основные работы, опубликованные по теме диссертации

1. Электронный диодный ускоритель с большим сечением пучка / Г.С. Казьмин, Н.Н. Коваль, Ю.Е. Крейндель, B.C. Толкачев, П.М. Щанин // Приборы и техника эксперимента. - 1977. - № 4. - С. 19-20.

2. Использование мощных импульсных пучков электронов для инициирования полимеризации полиэфиров / Э.Н. Абдуллин, Д.И. Вайсбурд, Н.Н. Коваль, Ю.Е. Крейндель, Г.А. Месяц, В.Н. Чмух, П.М. Щанин // Письма в Журн. техн. физ. - 1978. - Т. 4, вып. 8. - С. 213-215.

3. Koval N.N., Kreindel Yu.E., Schanin P.M. Pulse space discharge in vacuum // Proc. VIII Intern. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. -Albuquerque, USA, 1978. - P. F2-1-F2-7.

4. The arc discharge of low pressure with two constricted channels and the anode plasma of large cross section / A.F. Zlobina, N.N. Koval, Yu.E. Kreindel, P.M. Schanin // Proc. XIV Inter. Conf. on Phenomena in Ionized Gases. - J. Phys. (France). - 1979. - Vol. 40, No. 7. - P. 7-481-7-482.

5. Коваль Н.Н., Нигоф М.Б. Источник питания плазменного эмиттера // Приборы и техника эксперимента. - 1980. - № 6. - С. 121-123.

6. А.с. 746769 СССР, МКИ Н 01 3/02. Плазменный эмиттер / Г.С. Казьмин,

H.Н. Коваль, Ю.Е. Крейндель, П.М. Щанин. - Заявл. 15.03.78. Опубл. 07.07.80 // Бюл. изобр. - 1980. - № 25.

7. Параметры плазмы в экспандере электронного эмиттера с дуговым контра-гированным разрядом / А.Ф. Злобина, Г.С. Казьмин, Н.Н. Коваль, Ю.Е. Крейндель // Журн. техн. физики. - 1980. - Т. 50, вып. 6. - С. 1203-1207.

8. Koval N.N., Kreindel Yu.E., Schanin P.M. Electron flows in high-voltage high-vacuum discharges // Proc. IX Intern. Conf. on Discharges and Electr. In-sul. in Vacuum. - Eindhoven, Netherlands, 1980. - P. 1261-1262.

9. Особенности дугового контрагированного разряда с холодными катодами в режиме повторяющихся импульсов / Н.Н. Коваль, Н.П. Кондратьева, Ю.Е. Крейндель, П.М. Щанин // Журн. техн. физики. - 1981. - Т. 51, вып.

I.-С. 200-203.

10. Burning regimes of the constricted arc with a large cross section hollow anode /

A.F. Zlobina, N.N. Koval, N.P. Kondrat'eva, Yu.E. Kreindel, P.M. Schanin Proc. XV Inter. Conf. on Phenomena in Ionized Gases. - Minsk, 1981. - Vol. 2.-P. 865-866.

11. Воздействие интенсивного импульсного электронного пучка на малоуглеродистые стали / В.И. Итин, Н.Н. Коваль, Г.А. Месяц, В.П. Ротштейн, И.С. Чухланцева, П.М. Щанин // Источники электронов с плазменным эмиттером. - Новосибирск, 1983.-С. 104-109.

12. Злобина А.Ф., Коваль Н.Н., Щанин П.М. Исследование режимов горения дугового контрагированного разряда с полым анодом // Там же. — С. 64-69.

13. Импульсные высоковольтные источники электронов с плазменным эмиттером для формирования пучков большого сечения / Л.Г. Винтизенко, Н.В. Гаврилов, Н.Н. Коваль, Ю.Е. Крейндель, B.C. Толкачев, П.М. Щанин // Там же. - С. 41-59.

14. Генерирование импульсных электронных пучков с равномерным распределением высокой плотности тока в системах с плазменным сетчатым эмиттером / Н.Н. Коваль, Ю.Е. Крейндель, П.М. Щанин // Журн. техн. физики.- 1983. - Т. 53, вып. 9. - С. 1846-1848.

15. Эффективное использование дуги низкого давления в сетчатом плазменном эмиттере электронов / Н.Н. Коваль, Ю.Е. Крейндель, Г.А. Месяц,

B.С. Толкачев, П.М. Щанин // Письма в Журн. техн. физики. - 1983. - Т. 9, вып. 9. - С. 568-572.

16. Поверхностное упрочнение сталей при воздействии интенсивного электронного пучка / В.И. Итин, Н.Н. Коваль, Г.А. Месяц, В.П. Ротштейн, И.С. Чухланцева // Физика и химия обработки материалов. - 1984. - № 6. -С. 119-122.

17. Поверхностное упрочнение сплавов на основе железа при воздействии интенсивного импульсного электронного пучка / В.И. Итин, Б.А. Коваль,

H.Н. Коваль, С.В. Лыков, Г.А. Месяц, Д.И. Проскуровский, В.П. Рот-штейн, И.С. Чухланцева // Изв. высш. учебн. завед. Физика. - 1985. - Т. 28, вып. 6. - С. 38-43.

18. The effect of gas on the development of a vacuum arc with a hollow anode / N.N. Koval, Yu. E. Kreindel, V.S. Tolkachev, P.M. Schanin // IEEE Trans. Electr. Insul. - 1985. - Vol. El-20, No. 4. - P. 735-737.

19. A.c. 1138001 СССР, МКИ H 05 H 1/00. Плазменный эмиттер / H.H. Коваль, Ю.Е. Крейндель, B.C. Толкачев, П.М. Щанин. - Заявл. 01.10.84. Опубл. 07.08.85 // Бюл. изобр. - 1985. -№ 20.

20. Генерация в инертных газах при накачке электронным пучком большого сечения с длительностью импульса тока до 2,5 мс / Н.Н. Коваль, Ю.Е. Крейндель, Г.А. Месяц, B.C. Скакун, В.Ф. Тарасенко, B.C. Толкачев, А.В. Феденев, А.А. Чагин, П.М. Щанин // Письма в Журн. техн. физики. -1986. - Т. 12, вып. 1. - С. 37-42.

21. Генерация в инертных газах при накачке электронным пучком ускорителя с плазменным катодом / Л.Г. Винтизенко, В.И. Гушенец, Н.Н. Коваль, Г.А. Месяц, В.С. Скакун, В.Ф. Тарасенко, А.В. Феденев, П.М. Щанин // Докл. АН СССР. - 1986. - Т. 288, № 3. - С. 609-612.

22. Исследование квазистационарной генерации в пеннинговском плазменном лазере на X = 585,3 нм / В.Ф. Бункин, В.И. Держиев, Н.Н. Коваль, Г.А. Месяц, В.С. Скакун, В.Ф. Тарасенко, П.М. Щанин, С.И. Яковленко // Радиотехника и электроника. - 1987. - Т. 32, вып. 8. - С. 1672-1677.

23. О влиянии добавок SF6 на эффективность генерации ксенонового ИК лазера / В.И. Держиев, Н.Н. Коваль, Г.А. Месяц, A.M. Прохоров, B.C. Скакун, В.Ф. Тарасенко, B.C. Толкачев, Е.А. Фомин, С.И. Яковленко // Квантовая электроника. - 1987. - Т. 14, № 2. - С. 427-428.

24. Сеточное управление эмиссией плазменного катода / В.И. Гушенец, Н.Н. Коваль, Ю.Е. Крейндель, П.М. Щанин // Журн. техн. физики. - 1987. - Т. 57, вып. 11.-С. 2264-2268.

25. Развитие кнудсеновской дуги с катодным пятном / Н.Н. Коваль, Ю.Е. Крейндель, Е.А. Литвинов, Г.А. Месяц. B.C. Толкачев, П.М. Щанин // Докл. АН СССР. - 1988. - Т. 300, вып. 5. - С. 1108-1111.

26. Convergent electron beam accelerator with plasma cathode / L.G. Vintizenko, V.I. Gushenets, N.N. Koval, V.S. Tolkachev, P.M. Schanin // BEAMS'88: Proc. VII Intern. Conf. on High-Power Particle Beams. - Karlsruhe, 1988. -Vol. 2.-P. 1491-1496.

27. The electrical strength of the vacuum gap under pulsed voltages of millisecond duration /1. Kaljatsky, G. Kassirov, N. Koval, V. Chekrygin // Proc. XIII Intern. Symp. on Discharges and Electrical Insul. in Vacuum, Paris, 1988. - Vol.

I.-P. 100-103.

28. Кассиров Г.М., Коваль Н.Н., Чекрыгин В.Н. Предпробойные явления в вакуумном изоляторе электроимпульсной установки на 1,3 MB // Приборы и техника эксперимента. - 1989. -№ 3. - С. 99-101.

29. Структура и износостойкость цементированной стали 20ХНЗА, подвергнутой электронно-лучевой и лазерной обработкам'/ А.В. Макаров, Н.Н. Коваль, Л.Г. Коршунов, H.JI. Черненко, Ю.Е. Крейндель, И.В. Осипов, И.Ю. Чупракова // Физика металлов и материаловедение. - 1989. - Т. 68, вып. 1,-С. 126-133.

30. Формирование импульсного разряда низкого давления при принудительном инициировании катодного пятна / Н.Н. Коваль, Ю.Д. Королев, В.Б. Пономарев, В.Г. Работкин, П.М. Щанин // Физика плазмы. - 1989. - Т. 15,вып. 6.-С. 747-753.

31. Генерация в ксеноне при накачке радиально сходящимся пучком электронов / А.С. Бугаев, Н.Н. Коваль, В.В. Рыжов, В.Ф. Тарасенко, И.Ю. Тур-чановский, А.В. Феденев, П.М. Щанин // Квантовая электроника. - 1990. -Т. 17, № 1.-С. 17-19.

32; А.с. 1310098 СССР, МКИ С23С 14/00. Способ упрочнения деталей из конструкционных сталей / С.М. Боровский, С.Г. Бычковский, Г.В. Гриценко, В.Н. Горяинов, Е.И. Садыгов, Н.Н. Коваль. Заявл. 21.02.89. Опубл.

08.05.90.//Бюл. изобр. - 1990. -№ 17.

33. Гушенец В.И., Коваль Н.Н., Щанин П.М. Генерация сильноточных электронных пучков наносекундной длительности с высокой частотой повторения импульсов // Письма в Журн. техн. физики. - 1990. - Т. 16, вып. 8. -С. 12-16.

34. А.с. 1591654 СССР, МКИ С23С 14/00. Способ упрочнения изделий на основе мартенситных сталей / С.М. Боровский, С.Г. Бычковский, Г.В. Гриценко, В.Н. Горяинов, Е.И. Садыгов, Н.Н. Коваль. Заявл. 21.04.89 Опубл. 07.09.90 // Бюл. изобр. - 1990. - № 33.

35. The laser action on the atomic transitions of Ne and Xe on pumping with electron beam / A.S. Bugaev, N.N. Koval, G.A. Mesyats, V.V. Ryzhov, V.S. Ska-kun, V.F. Tarasenko, I.Yu. Turchanovsky, A.V. Fedenev, P.M. Schanin // Lasers-89: Proc. Intern. Conf. - New Orleans, 1989. - McLean, USA, 1990. - P. 1092-1098.

36. Влияние поджига на время коммутации длинных вакуумных промежутков / Н.Н. Коваль, М.Ю. Крейндель, Е.А. Литвинов, B.C. Толкачев // Журн. техн. физики. - 1991. - Т. 61, вып. 7. - С. 198-200.

37. А.с. 1632258 СССР, МКИ Н 01 J 3/02. Плазменный источник электронов / В.И. Гушенец, Н.Н. Коваль, П.М. Щанин. - Заявл. 26.06.89. Опубл.

28.02.91. // Бюл. изобр. - 1991. - № 8.

38. Высокочастотная генерация импульсных электронных пучков большого сечения / В.И. Гушенец, Н.Н. Коваль, Д.Л. Кузнецов, Ю.Н. Новоселов,

П.М. Щанин // Письма в Журн. техн. физики. - 1991. - Т. 17, вып. 23. -С. 26-29.

39. Генерация СВЧ-излучения радиально сходящимся электронным пучком ускорителя с плазменным катодом / А.С. Бугаев, А.И. Климов, Н.Н. Коваль, В.И. Кошелев, Н.С. Сочугов, П.М. Щанин. - Томск, 1991.-21 с. -(Препринт / Томск, науч. центр Сиб. отд-ния АН СССР; № 25).

40. Broad beam electron source with plasma cathodes / N.N. Koval, E.M. Oks, Yu.E. Kreindel, P.M. Schanin, N.V. Gavrilov // Nucl. Instrum. Meth. in Phys. Research. A. - 1991. - Vol. 312. - P. 417-428.

41. The effect of ignition and gas pressure on the formation of an arc discharge in long gaps / N.N. Koval, M.Yu. Kreindel, E.A. Litvinov, V.S. Tolkachev // Proc. XX Intern. Conf. on Phenomena in Ionized Gases. - Pisa, Italy, 1991. - P. 1339-1341.

42. Влияние состояния поверхности и напряжения на пробой приэлектродного слоя в плазме вакуумной дуги / Д.П. Борисов, Н.Н. Коваль, М.Ю. Крейндель, Е.А. Литвинов, П.М. Щанин // Журн. техн. физики. - 1992. - Т. 62, вып. И.-С. 57-63.

43. Спектральный состав генерации в смесях Ar-Хе и Не-Аг-Хе, накачиваемых радиально сходящимся пучком электронов длительностью 0,1 мс / А.С. Бугаев, Н.Н. Ков:аль, В.Ф. Тарасенко, А.В. Феденев // Квантовая электроника. - 1992.-Т. 19, № 11.-С. 1064-1067.

44. Повышение эксплуатационных свойств сварных соединений ионной имплантацией / С.М. Боровский, B.C. Мухин, Г.В. Гриценко, Н.В. Гаврн-лов, Н.Н. Коваль, В.А. Стрескин // Авиационная промышленность. -1993. -№1.~ С. 38-39.

45. А.с. 1818885 СССР, МКИ С 24 С 14714. Способ получения металлического покрытия на подложке из полиимида / В.Н. Девятков, В.М. Диамант, Н.Н. Коваль, В.И. Копченов, Е.В. Мотошин, А.О. Савченко, К.Н. Шмидт. - Заявл. 28.05.90. Опубл. 30.05.93 // Бюл. изобр. - 1993. -№ 20.

46. Электронные источники с плазменными катодами для получения пучков большого сечения / Н.В. Гаврилов, В.И. Гушенец, Н.Н. Коваль, Е.М. Оке, B.C. Толкачев, П.М. Щанин // Источники заряженных частиц с пламенным эмиттером. - Екатеринбург, 1993. - С. 42-78.

47. Борисов Д.П., Коваль Н.Н., Щанин П.М. Генерация объемной плазмы дуговым разрядом с накаленным катодом // Изв. высш. учебн. завед. Физика. - 1994.-Т. 37, вып. 3. - С. 115-120.

48. Девятков В.Н., Коваль Н.Н., Щанин П.М. Использование дугового кон-трагированного разряда для генерации интенсивных электронных пучков // Изв. высш. учебн. завед. Физика. - 1994. - Т. 37, вып. 3. - С. 76-82.

49. Borisov D.P., Koval N.N., Schanin P.M. Arcing and breakdown in the near-electrode plasma // Proc. XVI Intern. Sump, on Discharge and Electrical Insulation in Vacuum. - Moscow-St.Peterburg, 1994. - SPIE Proc. - 1994. - Vol. 2259.-P. 86-89.

50. Koval N.N., Korolev Yu.D., Schanin P.M. Influence of prebreakdown currents on the electrical strength of vacuum gaps of large electrode areas // Ibid. - P. 64-67.

51. Radially convergent 30. 100 (is e-beam pumped Xe and Ne lasers / A.S. Bugaev, N.N. Koval, M.I. Lomaev, S.V. Melchenko, V.V. Ryzhov, V.F. Ta-rasenko, I.Yu. Turchanovsky, A.V. Fedenev, P.M. Schanin // Laser and Particle Beams. - 1994. - Vol. 12, No. 4. - P. 633-646.

52. A long-pulse 300 keV electron gun with a plasma cathode for high-pressure gas lasers / S.W.A. Giclrens, P.J.M. Peters, W.J. Witteman, P.V. Borovikov, A.V. Stepanov, V.M. Tskhai, M.A. Zavijalov, V.I. Guschenets, N.N. Koval // Rev. Sci. Instr. - 1996. - Vol. 67, No. 7. - P. 2449-2452.

53. Borisov D.P., Koval N.N., Schanin P.M. The hollow cathode hot filament arc // Proc. XVII Intern. Symp. on Discharge and Electrical Insulation in Vacuum. -Berkeley, USA, 1996. - P. 884-886.

54. Investigation of a high-current pulsed magnetron discharge initiated in the low-pressure diffuse arc plasma / S.P. Bugaev, N.N. Koval, N.S. Sochugov, A.N. Zarharov//Ibid. -P. 1074-1076.

55. Modification of the structure-phase state of coating by ion implantation techniques / A.D. Korotaev, A.N. Tyumentsev, Yu.P. Pinzhin, A.F. Safarov, S.P. Bugaev, P.M. Schanin, N.N. Koval, A.V, Vizir // Proc. MRS Symp. - 1996. -Vol. 396.-P. 1-6.

56. Vacuum arc deposition of TiN and TiOx on large metallic and dielectric surface / D.P. Borisov, N.N. Koval, N.F. Kovsharov, V.S. Tolkachev, P.M. Schanin // Proc. XVII Intern. Symp. on Discharge and Electrical Insulation in Vacuum. -Berkeley, USA, 1996. - P. 881-883.

57. Ионно-плазменное формирование износостойких слоев на поверхности конструкционной стали / Д.П. Борисов, И.М. Гончаренко, Н.Н. Коваль, А.А. Чагин, А.А. Тухфатуллин, П.М. Щанин // Физика и химия обработки материалов. - 1997. - № 4. - С. 40-44.

58. Borisov D.P., Koval N.N., Schanin P.M. Production of plasma in a large volume by low-pressure non-self-sustained arc discharge // Proc. Intern. Symp. on Research and Application of Plasma "PLASMA'97", Opole, Poland, 1997. -Vol. l.-P. 245-248.

59. Spectroscopic investigation of the cathode flare plasma in vacuum arc / N.P. Kondrat'eva, N.N. Koval, Yu.D. Korolev, P.M. Schanin // IC-ECAAA'97: Proc. Third Intern. Conference on Electrical Contacts, Arcs, Apparatus and their Applications, May 19-22,1997, Xian, P.R. China. - P. 116-120.

60. Девятков B.H., Коваль H.H., Щанин П.М. Генерация и транспортировка сильноточных низкоэнергетичных электронных пучков в системе с газонаполненным диодом // Журн. техн. физики. - 1998. - Т. 68, вып. 1. - С. 44-48.

61. Патент РФ № 2116707. Устройство для создания низкотемпературной газоразрядной плазмы / Д.П. Борисов, Н.Н. Коваль, П.М. Щанин. - Приоритет от 06.01.1997. Опубл. 27.07.1998 // Бюл. изобр. - 1998. -№ 21.

62. Nanosecond high current and high repetition rate electron source / V.I. Gush-enets, N.N. Koval, P.M. Schanin, V.S. Tolkachev // Proc. XVIII Intern. Symp. on Discharges and Electr. Insul. in Vacuum. - Eindhoven, Netherlands, 1998. -Vol. 2. - P. 649-652; IEEE Trans, on Plasma Sci. - 1999. - Vol. 27, No. 4. - P. 1055-1059.

63. Nonmonotonic potenial distribution and current quenching mechanism in plasma-filled diode / N.P. Kondrateva, Yu.D. Korolev, N.N. Koval, V.G. Rabotkin, P.M. Schanin, I.A. Shemyakin // Proc. XVIII Intern. Symp. on Discharges and Electr. Insul. in Vacuum. - Eindhoven, Netherlands, 1998. - Vol. 2. -P. 684-687.

64. Влияние низкоэнергетического ионного облучения на микроструктуру покрытий нитрида титана / А.Н. Тюменцев, Ю.П. Пинжин, А.Ф. Сафаров,

C.П. Бугаев, Н.Н. Коваль, П.М. Щанин, Д.П. Борисов // Поверхность. -1998.-№ 10.-С. 92-100.

65. Plasma-assisted deposition of a three-layer structure by vacuum and gas arc /

D.P. Borisov, I.M. Goncharenko, N.N. Koval, P.M. Schanin // IEEE Trans. Plasma Sci. - 1998. - Vol. 26, No. 6. - P. 1680-1684.

66. Патент РФ № 2131480. Способ формирования износостойкого покрытия на поверхности изделий из конструкционной стали / П.М. Щанин, Н.Н. Коваль, Д.П. Борисов, И.М. Гончаренко. - Приоритет от 15.07.1998. Опубл. 10.06.1999 // Бюл. изобр. - 1999. - № 16.

67. Исследование потоков ионов, возникающих в прикатодных областях дуги низкого давления / Н.Н. Коваль, Н.П. Кондратьева, Ю.Д. Королев, И.А. Шемякин, П.М. Щанин // Изв. РАН. Серия физическая. - 1999. - Т. 63, № 11.-С. 2271-2275.

68. A spectroscopic investigation of the near-cathode regions in a low-pressure arc / N.P. Kondrat'eva, N.N. Koval, Yu.D. Korolev, P.M. Schanin // J. Phys. D: Appi. Phys. - 1999. - Vol. 32. - P. 699-705.

69. Дуговой генератор для создания плазменного потока большого сечения / Л.Г. Винтизенко, Н.Н. Коваль, П.М. Щанин, B.C. Толкачев // Приборы и техника эксперимента. - 2000. - №. 3. - С. 98-100.

70. Патент РФ № 2146724. Способ нанесения композиционных покрытий / Н.Н. Коваль, В.С. Толкачев, П.М. Щанин. - Приоритет от 01.07.1998. Опубл. 20.03.2000 // Бюл. изобр. - 2000. - № 8.