Каротажные газонаполненные нейтронные трубки с повышенным ресурсом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Каньшин Илья Александрович

• Каньшин Илья Александрович
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Каньшин Илья Александрович

Введение

Глава 1. Обзор литературы. Постановка задачи

1.1 Высоковольтная изоляция электровакуумных приборов

1.1.1 Предпробойные токи в электровакуумных приборах. Электропрочность вакуумной изоляции

1.1.2 Электропрочность высоковольтных изоляторов электровакуумных приборов

1.1.3 Повышение электропрочности высоковольтных изоляторов электровакуумных приборов за счет изменения конструкции ионно-оптической системы

1.1.4 Сорбционные явления в электровакуумных приборах. Технологические методы повышения электропрочности высоковольтной изоляции

1.2 Траекторный анализ корпускулярных потоков в ускоряющих системах

1.2.1 Программы численного моделирования динамики корпускулярных потоков и их особенности

1.2.2 Сквозная расчетная модель газонаполненной нейтронной трубки

1.2.3 Эмиттанс корпускулярного потока

1.2.4 Методы измерения эмиттанса

Выводы. Постановка задачи

Глава 2. Разработка физико-математичского метода моделирования динамики корпускулярных потоков в ионно-оптической системе газонаполненной нейтронной трубки

2.1 Эмиттанс пучка в ионно-оптической системе нейтронной трубки

2.1.1 Метод измерения эмиттанса пучка в ионно-оптической системе нейтронной трубки

2.1.2 Исследовательский стенд и постановка эксперимента

2.1.3 Изучение влияния электрических параметров ионно-оптической системы на эмиттанс корпускулярного потока

2.1.4 Изучение влияния геометрических параметров ионно-оптической системы на эмиттанс корпускулярного потока

2.2 Моделирование динамики корпускулярных потоков в ионно-оптической системе нейтронной трубки

2.2.1 Факторный анализ влияния геометрических параметров ионно-оптической системы на эмиттанс экстрагируемого пучка ионов

2.2.2 Траекторный анализ корпускулярных потоков в ионно-оптической системе нейтронной трубки

Выводы главы

Глава 3. Разработка газонаполненной нейтронной трубки с повышенным ресурсом и стабильным нейтронным потоком

3.1 Моделирование ионно-оптической системы

3.1.1 Запыление изолятора ионно-оптической системы нейтронной трубки

3.1.2 Анализ электрической прочности изолятора ионно-оптической системы нейтронной трубки

3.1.3 Расчет конструкции ионно-оптической системы нейтронной трубки

3.2 Исследования трубок с разработанной ионно-оптической системой

3.2.1 Влияние стенда на электрические параметры ионно-оптической системы

3.2.2 Высоковольтная тренировка и ресурсная наработка трубок

3.2.3 Исследования трубок. Доработка конструкции ионно-оптической системы

3.2.4 Исследования трубок с доработанной конструкцией ионно-оптической системы

Выводы главы

Глава 4. Исследование влияния ионно-плазменных методов обработки деталей и узлов на электропрочность вакуумной изоляции и стабильность работы изделия

4.1 Установка для исследования процесса ионно-плазменной обработки

4.2 Ионно-плазменная обработка электродов высоковольтного промежутка

4.2.1 Режим горения разряда в зависимости от давления рабочего газа

4.2.2 Экспериментальное изучение воздействия ионно-плазменной обработки на электроды вакуумного промежутка ИОС ГНТ

4.3 Экспериментальное изучение воздействия ионно-плазменной обработки на изолятор вакуумного промежутка ИОС ГНТ

4.4 Критерии эффективности ионно-плазменной обработки

4.4.1 Рентгеновское излучение в межэлектродном промежутке ионно-оптической системы

4.4.2 Давление остаточных газов в ГНТ

4.4.3 Экспериментальная апробация ионно-плазменной обработки

Выводы главы

Заключение. Основные выводы и результаты работы

Список литературы

Приложения

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

Приложение Е

Введение

Актуальность исследования

В настоящее время существует широкий спектр прикладных задач, требующих использования нейтронной аппаратуры, к примеру, обнаружение взрывчатых и отравляющих веществ, каротаж нефтегазовых скважин, ядерная медицина. Для решения этих задач успешно используются нейтронные генераторы (НГ) [1-4]. Постоянная потребность в повышении рабочих характеристик НГ стимулирует решение целого ряда задач, среди которых актуальной является задача увеличения ресурса каротажных НГ, определяемого сроком службы их базового элемента (излучателя нейтронов) - нейтронной трубки (НТ). В каротажных НГ наряду с вакуумными нейтронными трубками нашли широкое применение газонаполненные нейтронные трубки (ГНТ), представляющие собой малогабаритную, герметичную, отпаянную систему, состоящую из плазменного источника (ПИ) Пеннинговского типа, ионно-оптической системы (ИОС) извлечения и ускорения ионов изотопов водорода, нейтрон-образующей мишени [5-7]. В ПИ каротажных ГНТ в импульсном режиме генерируется плазма, из которой путем подачи на электроды ИОС постоянного отрицательного относительно потенциала катодов ПИ извлекаются ионы изотопов водорода, ускоряемые к нейтрон-образующей мишени, где протекают ядерные реакции с образованием нейтронов: п)3Не и Т(ё, п)4Не.

При эксплуатации каротажных ГНТ в течение сотен часов и в условиях температуры окружающей среды 100 ^ 130 °С происходит снижение нейтронного потока. Для его стабилизации и поддержания необходимо увеличивать напряжение, подаваемое на мишень и ускоряющий электрод ИОС ГНТ, до 100 ^ 110 кВ. При таких напряжениях снижается электропрочность изделия, что влечет за собой выход его из строя.

Снижение электрической прочности ГНТ в основном связано с тем, что в ИОС ГНТ при приложении отрицательного напряжения к ускоряющему электроду протекают так называемые "вторичные" процессы. Один из них - это запыление внутренней поверхности изолятора продуктами взаимодействия ионов и атомов рабочего газа с электродами ИОС. В этом случае на ней образуется проводящий слой, способствующий пробою по внутренней поверхности изолятора [8]. Другой процесс - это эмиссия электронов из областей ИОС с повышенной локальной напряженностью электрического поля. Такими областями могут выступать как "тройные" точки - места контакта металла и двух диэлектриков с различными диэлектрическими проницаемостями [9, 10], - так и дефекты на поверхности отрицательного электрода ИОС в виде микроострий, диэлектрические включения, окисные пленки и сорбированные газы [11, 12].

Процесс эмиссии электронов приводит к облучению диэлектрика электронными потоками и у - квантами, образованными вследствие взаимодействия электронов с конструкционными элементами ИОС [13]. При этом в диэлектрике происходит накопление заряда как в результате

взаимодействия с ним электронных потоков [14], так и вследствие бомбардировки его у -квантами и реализации фото- и Комптон-эффекта [15]. При достижении значений накопленного объемного заряда порядка 1 мкКл напряженность его поля превышает электрическую прочность изолятора, в результате чего происходят пробои приповерхностных слоев с выходом канала пробоя на внутреннюю поверхность изолятора [16] и разгерметизация изделия.

Достижение требуемой электрической прочности и стабильности нейтронного потока является одной из основных целей процесса разработки ГНТ. Поэтому актуальность исследований, проводимых в настоящей работе, обусловлена необходимостью повышения ресурса каротажных ГНТ за счет увеличения электрической прочности и обеспечения стабильности нейтронного потока.

В процессе производства высоковольтных электровакуумных приборов (ЭВП), к которым относится ГНТ, повышение электропрочности и устранение последствий "вторичных" процессов достигается в основном за счет:

1) использования различных видов обработок диэлектрических поверхностей и поверхностей электродов ускоряющей системы с целью удаления возможных участков, характеризуемых наличием сорбированных газов и окисных пленок [17-19];

2) разработки конструкции ускоряющей системы, обеспечивающей снижение локальной напряженности электрического поля и стойкой к воздействию корпускулярных потоков [8, 20].

Использование различных видов предварительных обработок поверхностей деталей и узлов ускоряющей системы ЭВП продиктовано тем, что традиционным методам подготовки (химическая очистка, электрохимическая полировка, вакуумно-термическая обработка) присуще наличие остатков активных моющих веществ на поверхности, которые являются источниками газовыделения в вакууме, а для диэлектрических материалов некоторые из перечисленных методов вовсе не применимы (электрополировка, электроплазменная полировка) [17]. Наряду с перечисленными выше методами эффективность в ЭВП демонстрирует метод ионно-плазменной обработки (ИПО) конструкционных элементов ЭВП в плазме инертных газов [21]. Однако проецирование этого метода на ГНТ не применимо в том виде, в котором он представлен в опубликованных по данной тематике работах, поскольку последовательность и режимы обработки индивидуальны для каждого типа ЭВП и во многом определяются химико-физическими (материал, площадь обработки и т.д.) особенностями обрабатываемых деталей. Поэтому для повышения электропрочности ГНТ актуальна задача разработки операций подготовки ее деталей и узлов к сборке, основанных на ионно-плазменных методах с оценкой эффективности примененных операций.

Повышение электропрочности ЭВП за счет разработки конструкции ускоряющей системы требует как изучения влияния самой конструкции на электропрочность, так и анализа поведения

корпускулярных потоков в ускоряющей системе. На сегодняшний день при разработке ускоряющих систем в основном используют методы, базирующихся на численном моделировании, которые условно можно разделить на несколько групп. Первая учитывает влияние ионного источника на характеристики ускоренного пучка, а расчетный процесс состоит из двух этапов [22]. На первом этапе без учета пучка ионов вычисляется электрическое поле в ускоряющей системе, являющееся решением уравнения Лапласа. После этого с произвольной поверхности вблизи ПИ ионы инжектируются в ускоряющую систему, и решается уравнение Пуассона, в результате чего электрическое поле вычисляется вновь, но с учетом пространственного заряда пучка и концентрации ионов и электронов в области его формирования. Этот процесс является итерационным и асимптотически сходящимся. В ходе него вычисляются эквипотенциальные поверхности вдоль оси ускоряющей системы, а первоначальная поверхность инжекции ионов перемещается и меняет форму до тех пор, пока нормальная составляющая электрического поля на ней не станет равной нулю. По достижении этого условия фиксируется положение эквипотенциальной поверхности, ее форма и соответствующий ей потенциал. Эта поверхность далее принимается за эмиссионную для инжектируемых в ускоряющую систему из ПИ ионов.

Альтернативный подход заключается в моделировании динамики экстрагируемого пучка ионов в более простых расчетных программах, в которых неудобством является "ручная" процедура определения параметров эмитирующей ионы границы - плазменного мениска [23]. В этом случае однозначное определение местоположения и формы указанной поверхности затруднено, поэтому упрощенно за нее принимают эквипотенциальную поверхность, градиент потенциала по внутренней нормали к которой стремится к нулю [24] и определяемую из карты распределения электрического поля в ускоряющей системе.

Применение вышеизложенных методов в разработке ИОС ГНТ имеет свои трудности использования по следующим причинам. Метод моделирования, учитывающий специфику влияния ПИ на формирование пучка в ИОС ГНТ, требует проведения дополнительных экспериментов по определению параметров плазмы (потенциал, ионная и электронная температура, плотность тока на выходе из ПИ, тепловой разброс скоростей ионов), поэтому не обладает оперативностью при проведении расчетов конструкции ИОС. В свою очередь, более простые методы не требуют проведения дополнительных экспериментов и позволяют выполнять моделирование быстрее, но при этом не учитывают специфику влияния ПИ на формирование пучка в ИОС ГНТ, что порождает высокую степень недостоверности конечного результата Кроме того, оба метода не учитывают ведущие к снижению электропрочности ИОС "вторичные" процессы, происходящие в реальной трехмерной геометрии прибора с малым замкнутым объемом, влияние окружения ускорительной системы, и, более того, всевозможных скачков

давления в импульсном режиме работы. Поэтому актуальна задача разработки способа моделирования, учитывающего специфику влияния ПИ на формирование пучка в ИОС ГНТ, а также описанные процессы, характерные для её малого замкнутого объема.

При разработке конструкции ИОС, стойкой к воздействию корпускулярных потоков, особое внимание уделяется её согласованию с ПИ. Это означает, что экстрагируемый из него пучок ионов должен проходить через апертуры электродов ИОС без потерь, не приводя к их распылению и токовым потерям пучка. Такая ситуация возможна, если эмиттанс пучка не превышает аксептанс ИОС [22-24]. Кроме того, эмиттанс отражает наличие у эмитируемых из ПИ частиц поперечных скоростей Ух и Уу, которые вносят вклад в расходимость пучка [23]. Поэтому он может быть использован при моделировании ИОС, учитывающем специфику влияния ПИ на формирование пучка в ИОС ГНТ, в связи с чем необходимо определять эмиттанс пучка при разработке ИОС ГНТ. Цель исследования

На основании вышеизложенного цель диссертационной работы формулируется следующим образом: повышение ресурса каротажных газонаполненных нейтронных трубок за счёт реализации новых научно-конструкторских и научно-технологических решений. Для достижения цели решались следующие задачи:

1. Исследование воздействия ионно-плазменной обработки (ИПО) на электроды и изолятор вакуумного промежутка ИОС;

2. Разработка способа измерения эмиттанса корпускулярного потока в ИОС;

3. Траекторный анализ корпускулярных потоков в ИОС;

4. Исследование влияния корпускулярных потоков и геометрии ИОС на электрическую прочность ГНТ и стабильность нейтронного потока;

5. Экспериментальная апробация полученных результатов в конструкции и технологии изготовления ГНТ.

Научная новизна работы:

1. Разработан и научно обоснован новый способ измерения эмиттанса корпускулярного потока в ИОС, не требующий контакта диагностических элементов с корпускулярным потоком;

2. Впервые экспериментально зафиксирована и научно обоснована зависимость эмиттанса корпускулярного потока от совокупности геометрических параметров ИОС: диаметра и длины низковольтного электрода, а также величины зазора между низковольтным и высоковольтным электродами;

3. Впервые в каротажных ГНТ реализована двухкаскадная система ускорения, разработанная на основе научно обоснованных рекомендаций, полученных по результатам расчетов

электрических и магнитных полей, а также траекторного анализа корпускулярных потоков в ИОС;

4. Научно обоснованы и экспериментально определены режимы процесса ионно-плазменной обработки узлов ИОС ГНТ, базирующиеся на результатах модельных расчетов зависимостей ионного тока от напряжения разряда и давления газа Практическая значимость работы:

1. Разработан способ измерения эмиттанса не возмущающим пучок бесконтактным методом, который может применяться в отпаянных трубках;

2. Разработан способ моделирования динамики корпускулярных потоков в ИОС ГНТ, который может быть применён к ЭВП, содержащим плазменный источник и ускоряющую систему;

3. Техническое решение увеличения электрической прочности ИОС ГНТ за счет секционирования изолятора и введения в его конструкцию градиентных экранов может быть использовано при проектировании ускоряющих систем других ЭВП;

4. Ионно-плазменная обработка электродов и изолятора ИОС может быть распространена на весь класс каротажных нейтронных трубок с целью повышения их электропрочности и стабильности работы при повышенной температуре окружающей среды

Методология и методы исследования

В диссертационной работе реализован комплексный подход в изучении процесса транспортировки пучка ионов в ИОС, заключающийся в применении взаимодополняющих методов диагностики и анализе полученных результатов в рамках имеющихся модельных представлений.

Измерение эмиттанса корпускулярного потока в ГНТ выполнялось посредством фоторегистрации светящегося следа пучка ионов водорода в ИОС с последующей обработкой полученных снимков. Обработка, в ходе которой измерялись поперечные размеры пучка по ходу его движения в ИОС, и последующее вычисление эмиттанса выполнялось в автоматическом режиме с помощью программного обеспечения, написанного в среде LabVIEW.

Исследование влияния геометрических и электрических параметров ИОС на эмиттанс корпускулярного потока в ГНТ выполнялось в ходе проведения факторного эксперимента по методу композиционного планирования [25, 26].

Изучение влияния геометрии ИОС на электрическую прочность изолятора ГНТ выполнялось посредством численного моделирования в программном комплексе COMSOL Multiphysics.

Исследования по определению необходимых режимов ИПО деталей и узлов вакуумного промежутка ИОС ГНТ включали в себя обработку электродов и изолятора ИОС в среде

инертного газа - аргона - при токах разряда от 2 до 10 мА, напряжении разряда от 400 до 1000 В и временах обработки от 1 до 10 минут. В ходе каждого эксперимента отслеживалось изменение давления в вакуумной камере, где проводилась ИПО. При этом до и после обработки электродов ИОС с помощью электронного микроскопа контролировался их внешний вид на предмет нарушения структуры и окисления поверхности. При определении режимов ИПО электродов ИОС физические эксперименты предворялись численным моделированием тлеющего разряда в среде COMSOL Multiphysics.

Испытания макетов ГНТ на электропрочность проводились в процессе их ресурсной наработки в составе стендов и каротажной аппаратуры.

Положения, выносимые на защиту:

1. Технологическое решение повышения электрической прочности ГНТ за счет применения ионно-плазменной обработки электродов и изолятора ИОС, что позволяет снизить на два порядка мощность дозы рентгеновского излучения, приводящую к появлению высоковольтных сбоев и деградации изолятора ГНТ, и величину давления остаточных газов в ГНТ при повышенной температуре окружающей среды;

2. Оптический метод измерения эмиттанса пучка заряженных частиц в газонаполненных нейтронных трубках, отличающийся тем, что позволяет проводить измерения указанной величины бесконтактным способом, не требующим демонтажа изделия;

3. Способ траекторного анализа корпускулярных потоков, основанный на сочетании физического эксперимента по изучению влияния геометрических параметров ИОС на эмиттанс экстрагируемого пучка ионов и последующего численного моделирования динамики корпускулярных потоков в ИОС ГНТ с использованием экспериментально найденного эмиттанса;

4. Техническое решение повышения стабильности нейтронного потока и электропрочности ГНТ за счет изменения формы электродов ИОС и введения в её конструкцию градиентных электродов, что обеспечивает устранение пиков локальной напряженности электрического поля в ИОС, её стойкость к воздействию запыления и увеличение ресурса ГНТ в 2 раза.

Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается систематическим характером выполненных исследований и большой статистикой измерений, совпадением полученных экспериментальных данных с результатами имеющихся модельных представлений и численных расчетов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Каротажные газонаполненные нейтронные трубки с повышенным ресурсом»

Апробация работы

Основные результаты диссертации были представлены на 17 профильных конференциях: IX Конференция «Современные средства диагностики плазмы и их применение», г. Москва; «Научная сессия НИЯУ МИФИ - 2015», Москва; «IX, XI - XIV Научно - техническая

конференция ВНИИА (2015, 2017, 2018, 2019, 2020)», г. Москва; 14 - ая научно-технической конференция «Молодёжь в науке», 2015, г. Саров; XI отраслевая научно-техническая конференция молодых специалистов Госкорпорации «Росатом» «Высокие технологии атомной отрасли. Молодежь в инновационном процессе», 2016, г. Нижний Новгород; Отраслевая научно-техническая конференция «Методы и средства физических измерений», 2018, г. Москва; V, VII и VIII Международная конференция «Лазерные, плазменные исследования и технологии» ЛаПлаз-2019, 2020, 2021, г. Москва; 14th, 15th International Conference "Gas Discharge Plasmas and Their Applications" (GDP 2019, 2021) г. Томск и г. Екатеринбург; 7th, 8th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE 2020, 2022), г. Томск.

Основные материалы диссертации представлены в 14 работах, опубликованных в рецензируемых изданиях, 8 из них в журналах, индексируемых в базах Scopus и Web of Science, 2 работы опубликованы в журналах из перечня ВАК, 4 работы представлены в сборниках трудов международных конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 6 приложений. Общий объем диссертации составляет 198 страниц, включая 125 рисунков, 7 таблиц. Библиография содержит 186 наименований.

Глава 1. Обзор литературы. Постановка задачи 1.1 Высоковольтная изоляция электровакуумных приборов

Одной из основных характеристик высоковольтных ЭВП является их электрическая прочность, при решении задачи повышения которой различают межэлектродную электропрочность вакуумной изоляции и электропрочность изолятора. В первом случае подразумевают напряженность электрического поля, при которой происходит пробой межэлектродного промежутка [27], а во втором - напряженность электрического поля вблизи поверхности диэлектрика, разделяющего электроды промежутка, при которой происходит поверхностный или сквозной пробой диэлектрика. Основные причины снижения электрической прочности ЭВП: снижение электрического сопротивления между электродами и локальное повышение напряженности электрического поля [28]. В таком случае электропрочность ЭВП не может обеспечиваться только одним из перечисленных факторов по отдельности, а гарантируется их одновременным выполнением. В данном разделе литературного обзора осветим вопросы, связанные с электропрочностью ЭВП, причинами ее ухудшения и способами ее гарантированного обеспечения.

1.1.1 Предпробойные токи в электровакуумных приборах. Электропрочность

вакуумной изоляции

Основными факторами, определяющими межэлектродную электрическую прочность вакуумной изоляции, являются состояние и структура поверхности электродов, образующих вакуумный промежуток, расстояние между ними, их форма и температура [28]. Нарушение электропрочности вакуумной изоляции ЭВП происходит в результате электрического пробоя, которому предшествует протекание в межэлектродном промежутке предпробойного тока, возникающего при приложении разности потенциалов между низковольтным и высоковольтным электродами ИОС1. Появлению предпробойного тока способствует наличие на поверхностях электродов механических дефектов, таких как микроострия и микровыступы, заусенцы и неровности, а также слабосвязанных частиц, оксидных пленок, загрязнений, диэлектрических и газовых включений [28- 30].

Согласно [31], наибольший вклад в суммарное значение предпробойного тока вносит электронная составляющая, связанная с эмиссионными процессами на поверхности высоковольтного электрода ИОС ЭВП (катода). Электроны при этом бомбардируют низковольтный электрод и поверхность изолятора вакуумного промежутка прибора. При этом согласно [28], могут происходить следующие процессы, приводящие к снижению электропрочности вакуумной изоляции ЭВП. Первый из них - это локальное возрастание температуры деталей, подвергающихся электронной бомбардировке, которое приводит к десорбции газов, распылению различных загрязнений и повышению давления в приборе. Второй процесс - вероятная последующая ионизация десорбированных газов и ускорение положительных ионов к высоковольтному электроду вакуумного промежутка, приводящее к десорбции газов и распылению загрязнений с его поверхности. Третий процесс - появление высокого положительного потенциала на внутренней поверхности изолятора вакуумного промежутка вследствие электронно-электронной эмиссии, коэффициент которой для большинства диэлектриков, как правило, превышает единицу. В этом случае создаются предпосылки для возникновения пробоев между изолятором и близко расположенными электродами с низким потенциалом, а также между отдельными участками изолятора, приобретающими в ходе корпускулярного облучения разные потенциалы.

1 здесь и далее полагается, что высоковольтный электрод ИОС ЭВП находится под отрицательным потенциалом смещения относительно заземленных узлов ЭВП, в том числе относительно низковольтного электрода ИОС

Напряженность электрического поля Е у поверхности высоковольтного электрода ИОС ЭВП, как правило, не должна превышать критического значения (6-8)107 В/м [28]. Наличие механических дефектов на поверхности высоковольтного электрода приводит к усилению на них напряженности электрического поля Е до величин 108-109 В/м и появлению автоэмиссионых токов (токов, обусловленных полевой эмиссией) [32, 33]. Поле на дефектах электрода выражается как Еп = рЕ, а коэффициент усиления ц зависит от отношения высоты микроострия к к его поперечному размеру Ь (рис. 1.1), т.е. ц = .Дк/Ь) [11].

Изучение влияния микрорельефа электродов ЭВП, изготовленных из стали марки 12Х18Н10Т и обработанных по трем разным технологиям (точение, полирование и обкатка металлическими шарами), на электрическую прочность вакуумной изоляции ЭВП нашло отражение в работе [34]. Экспериментально установлено, что изолирующая способность вакуумных промежутков зависит от микрорельефа поверхности электродов, и наиболее низкими электроизоляционными свойствами обладает промежуток между электродами, обработанными точением. Наилучшими свойствами обладает промежуток, электроды которого прошли полировку, т.е. чем больше шероховатость поверхности, тем хуже электроизоляционные свойства промежутка, что, по мнению автора [34], связано с повышенной неоднородностью микрорельефа поверхности и усилением неоднородности электрического поля на микровыступах. Однако встречаются работы, в которых указано, что существенное усиление электрического поля на остриях не приводило к появлению предпробойных токов. Так, например, в [35] не наблюдалось полевой эмиссии при 450-кратном увеличении напряженности электрического поля на специально созданных микроостриях на поверхности электрода. Поэтому наряду с точкой зрения влияния микроострий как эмиттеров электронов на величину предпробойного тока существует ряд других, основанных на влиянии неметаллических включений, окислов, адсорбированных газов и загрязнений в приповерхностном слое высоковольтного электрода.

В упомянутой выше работе [35] авторы также полагают, что эмиссионная способность электродов с большей шероховатостью поверхности (изготовленных точением) связана с наибольшей сорбционной емкостью поверхностного и приповерхностного слоев, являющейся причиной накопления повышенного количества загрязнений. При этом наблюдается краевой эффект, заключающийся в усилении поля до значений 108 В/м в области стыка трёх сред -"тройных" точках [9, 10]: металлическая поверхность электрода-диэлектрик-вакуум. Это приводит к эмиссии электронов в вакуумный промежуток и появлению предпробойных токов.

Рассмотрим ряд работ, в которых приводятся механизмы, поясняющие эмиссионные способности неметаллических включений и газов, сорбированных электродами вакуумного промежутка ЭВП.

В [11] автор выдвигает "зонную" теорию, поясняющую механизм автоэлектронной эмиссии при наличии неметаллических включений на поверхности электрода (рисунок 1.2а).

а) б)

Рисунок 1.2 - Неметаллическое включение на поверхности металлического электрода (а) и изображение энергетических зон для такой микроструктуры (б) (заимствовано из [11]).

Согласно этой теории, при отсутствии внешнего электрического поля у поверхности электрода изображение энергетических зон для такой микроструктуры выглядит как на рис. 1.2б, где Ф1 - работа выхода материала электрода, Ф2 - работа выхода материала неметаллического включения. Однако если приложить большое внешнее поле, то оно проникнет внутрь неметаллического включения на поверхности электрода, что приведет к изменению структуры уровней энергии зоны, как показано на рис. 1.3.

Металл Изолятор

Гдррч^ь менмрощ,!

Рисунок 1.3 - Энергетические зоны для микроструктуры с неметаллическим включением на поверхности металлического электрода в случае приложения большого внешнего поля (заимствовано из [11])

Как видно из представленного рисунка, за счет проникновения внешнего поля к металлической поверхности происходит сильное искривление структуры уровней энергетической зоны, а это, по мнению автора [11], способствует тому, что электроны вследствие туннельного эффекта могут переходить с уровня Ферми металла в начало проводящей зоны диэлектрика и далее, подхватываемые внешним полем, через потенциальный барьер "неметаллическое включение - вакуум".

Авторами работы [36] показано влияние адсорбированных полярных и неполярных молекул, а также нанопленок на поверхности катода на величину предпробойного тока автоэлектронной эмиссии в начальной стадии высоковольтного газового разряда и получены расчетные формулы для плотности автоэлектронного тока. Показано, что наличие адсорбированных полярных молекул (например, воды) обусловливает снижение потенциального барьера на постоянную величину, что приводит к существенному уменьшению пробивного напряжения вакуумного промежутка и росту автоэмиссионного тока на порядок и более. В свою очередь, наличие на поверхности неполярных молекул (азот, кислород) практически не сказывается на электроизоляционных качествах вакуумного промежутка. Если на катоде имеется окисная пленка или неметаллическое включение толщиной от нескольких атомных слоёв до единиц нанометров, то предпробойный ток обуславливается туннелированием электронов через включение. Туннелирование при этом осуществляется под действием меньшего, чем приложенного к катоду внешнего поля, т.е. Е? = Е/е? , где Е - напряженность внешнего приложенного к катоду поля, е? - диэлектрическая проницаемость неметаллического включения или адсорбированной пленки.

В работе [37] обсуждается вопрос о природе разрядных явлений в вакуумной изоляции электростатических ускорителей (ЭСУ), в межэлектродных промежутках которых средняя напряженность постоянного электрического поля составляет величину порядка 106 В/м (как и в большинстве ЭВП). Предлагается модель проводимости вакуума, согласно которой она является следствием эмиссионных процессов, возбуждаемых сильными локальными полями на катодном электроде, образующимися в результате накопления зарядов в тонких слоях поверхностных

загрязнений. Согласно данной модели сначала происходит эмиссия "стартовых" электронов из металла в диэлектрик, а затем его активация, способствующая образованию внутреннего поля в толще диэлектрика [37]. Эмиссия электронов из металла в диэлектрик происходит вследствие усиления поля в 10^100 раз у вершин выступов микрорельефа, всегда присутствующих даже у тщательно полированных электродов, либо по причине действия "тройных" точек, упоминавшихся в [34]. Последующая активация (зарядка) диэлектрика происходит за счет ударной ионизации в толще и в порах диэлектрического включения.

Механизм ударной ионизации в порах включений на поверхности высоковольтного электрода ЭСУ описан в [38]. Показано, что в порах размером порядка 2 мкм и ориентированных вдоль внешнего поля резко увеличивается длина свободного пробега "стартовых" электронов и вероятность набора ими энергии (10 эВ), необходимой для начала ударной ионизации. Оценки показывают, что для набора такой энергии необходимая напряженность поля в поре составляет 5 106 В/м, что на три порядка меньше величины напряженности поля, характерной для протекания автоэмиссионных процессов и соответствует напряженности поля в вакуумных промежутках ЭСУ и ЭВП. При этом лавинное нарастание потока электронов может также завершиться пробоем диэлектрического включения и резким увеличением проводимости межэлектродного промежутка с протеканием тока 10-5^10-6 А [38].

Механизм протекания предпробойного тока, связанный с процессами в насыщенных газом порах электродов, по мнению Н.В. Татариновой - автора работ [12, 39, 40], основан на появлении газовой среды в порах высоковольтного электрода и зажигании в них самостоятельного разряда с последующей эмиссией электронов из него в вакуумный промежуток (пороэлектронная эмиссия). При этом порами могут являться поверхностные дефекты электрода такие, как царапины, следы от обработки, канавки от резца, границы зерен металла. Появление газовой среды в порах обусловлено резонансной десорбцией газа, происходящей следующим образом (рис. 1.4).

Рисунок 1.4 - Схема процессов, возникающих при провисании электрического поля в пору

(заимствовано из [40])

При наличии внешнего поля у поверхности металла (см. рис. 1.4) по направлению к ней из его объёма происходит движение низкоэнергетичных электронов (порядка нескольких электрон-вольт [39]). Бомбардировка поверхностей поры этими электронами приводит к интенсивной десорбции адсорбированных молекул и отрицательных ионов, испускаемых из адсорбированных слоев воды, кислорода, азота и т.д. Образование отрицательных ионов происходит в результате реакций диссоциативного прилипания электронов к молекулам [39, 40]: е + О2 + 3.6 эВ ^ О + О~,

е + И20 + 4.25 эВ ^ ОН + Н

е + НО + 3.2 эВ ^И + ОН

е + НО + 3.6 эВ ^ Н2 + О .

Максимумы сечения указанных реакций, согласно [41], как раз приходятся на диапазон энергий электронов от 3,2 до 5,1 эВ. Наряду с резонансной десорбцией не исключается выделение газа при его диффузии из материала электрода через поры к поверхности. Часть отрицательных ионов направляется к анодному электроду вакуумного промежутка, а другие бомбардируют стенки поры и рекомбинируют с образованием электронов, которые также входят в составляющую предпробойного тока. Вольтамперные характеристики (ВАХ) предпробойных токов пороэлектронной эмиссии показаны на рис. 1.5.

Рисунок 1.5 - ВАХ предпробойных токов при пороэлектронной эмиссии, кривые 1 -4 соответствуют вакуумным промежуткам длиной 0,4-1,6 мм (заимствовано из [12])

Видно, что каждая ВАХ имеет начальный линейный участок, переходящий затем в экспоненциальный. Чем длиннее вакуумный промежуток, тем более протяженной выглядит линейная область характеристики. Резкий переход от линейной части ВАХ к экспоненциальной происходит в момент усиления предпробойного тока и сопровождается интенсивной эмиссией электронов в вакуумный промежуток.

Ускорение электронов в сторону низковольтного электрода и его бомбардировка ими приводит к генерации рентгеновского излучения (РИ), роль которого в поддержании эмиссионных процессов в вакуумном промежутке ЭСУ рассматривалась в работах [37, 42]. В [42] приведены, в частности, результаты исследования влияния мягкого РИ на проводимость межэлектродных промежутков ЭСУ. Проведена проверка величины темнового тока при облучении высоковольтных электродов мягким РИ энергией 2 кэВ, которое, по мнению авторов [42], неизбежно присутствует в межэлектродных промежутках ЭСУ. Оно возникает при столкновении с анодом отраженных от него электронов и фотоэлектронов, образованных при облучении катода рентгеновскими у-квантами первичного облучения анода высокоэнергетичным потоком электронов, эмитированных с катода. Для проведения экспериментов использовались электроды, выдержанные в вакуумной камере с динамической системой откачки в течение шести суток при давлении 10-6 Торр. При таких условиях, по оценкам авторов, на поверхности электродов была образована органическая пленка толщиной 100 А. Результаты проведенных авторами экспериментальных работ свидетельствуют о том, что:

- поток мягкого РИ приводит к зарядке диэлектрического включения и образованию в нем внутреннего электрического поля;

- облучение межэлектродных промежутков мягким РИ при средней напряженности поля 106 В/м возбуждает темновой ток силой порядка 10-7 А; величина темнового тока возрастает с увеличением интенсивности мягкого РИ и давления газовой среды.

Таким образом, в качестве итога можно констатировать, что к появлению предпробойных токов в межэлектродных промежутках ЭВП приводят такие факторы как наличие органических и диэлектрических загрязнений на поверхности электродов, микрорельеф. При этом превалирующую роль в осуществлении эмиссионных процессов играет именно наличие загрязнений, содержание которых даже в малом количестве приводит к проводимости вакуумной изоляции ЭВП.

1.1.2 Электропрочность высоковольтных изоляторов электровакуумных

приборов

Сопутствующие предпробойным токам электронное и рентгеновское облучение электродов и изолятора вакуумного промежутка ЭВП, а также ионное облучение способствует снижению электрической прочности изолятора. Известно, что облучение электронами и ионами диэлектриков может приводить к зарядке их поверхности [43]. Как указано в работе [18], в которой представлены результаты анализа причин снижения электрической прочности диэлектрических оболочек рентгеновских трубок, облучение изолятора корпускулярными потоками и последующая его зарядка приводят к искажению изначального распределения

потенциала вдоль его внутренней поверхности. Это способствует появлению резкого градиента потенциала между внутренней и внешней поверхностями диэлектрика, что способствует его сквозному пробою и нарушению вакуумной целостности ЭВП. Также облучение изолятора корпускулярными потоками приводит к появлению газовой среды в объеме прибора по причине стимулированной под их воздействием десорбции газа с поверхности изолятора.

Способность диэлектриков накапливать заряд во многом зависит от наличия в их приповерхностной области структурных дефектов, которые являются ловушками для носителей заряда [43]. При ионной и электронной бомбардировке диэлектрика происходит модификация поверхности, в результате которой изменяются как ее структура, так и электрофизические свойства [44]. При дозе облучения, превышающей 1016 см-2, на первоначально не содержащей дефектов поверхности диэлектрика может сформироваться рельеф, характеризуемый впадинами и выступами [44]. Под действием бомбардировки заряженными частицами в стекле также могут появляться мелкие трещины, способствующие развитию сквозного пробоя, так как именно в зоне дефектов и структурных неоднородностей повышается накапливаемый объёмный заряд [18] и увеличивается скорость зарядки поверхности диэлектрика [44].

Основу механизма зарядки диэлектрика составляет двухслойная модель (рис. 1.6), описанная и подтвержденная экспериментально [14, 45-47].

Рисунок 1.6 - Схема образования двухслойного заряда. Пояснения в тексте (заимствовано из

[45])

Согласно этой модели, при электронной бомбардировке поверхности диэлектрика размером а х а электронным током 1о вблизи нее образуется слой положительного заряда из-за эмиссии вторичных электронов. Толщина этого слоя Ям = 3Х, где X - средняя длина их пробега, составляет единицы-десятки нанометров [44, 45]. Величина тока вторичных электронов выражается как = 10 -8 (5-коэффициент эмиссии вторичных электронов), поэтому оставляемый ими эквивалентный положительный заряд за время облучения I равен = 10 - 8- ^

[44]. Одновременно появляется слой отрицательного заряда, образованный частью первичных электронов, аккумулированных на глубоких и мелких уровнях ловушечных дефектов. Толщина этого слоя приблизительно равна глубине пробега первичных электронов Ro (порядка долей единиц микрометров) [45]. Величина тока отраженных электронов / = /0 • ^ (п - коэффициент

отражения электронов), следовательно, в образце остается отрицательный заряд величиной

0_= / 0 •(l -л> t.

В итоге между образующимися положительным и отрицательным слоями зарядов возникает электрическое поле Fin, которое, во-первых, может превосходить электропрочность рассматриваемого диэлектрика, а во-вторых, это поле инициирует появление биполярного тока Iric [14, 45, 46]. В первом случае произойдут пробои приповерхностных слоев с выходом канала пробоя на внутреннюю поверхность изолятора и его местное разрушение, а во втором протекание биполярного тока способствует локальному перераспределению заряда на поверхности диэлектрика и, следовательно, искажению потенциала на ней.

В работе [45] авторами также приведен анализ зарядки диэлектрика SiÛ2-Показано, что при токе электронов, облучающих поверхность рассмотренного образца, порядка 1 нА (соответственно при плотности тока 10-5 А/см2) и их энергии, приходящейся на диапазон от 1 до 2 кэВ, разность потенциалов между отрицательно и положительно заряженными слоями в диэлектрике будет составлять около 1 В. Величина напряженности поля в этом случае принимает значение порядка Fn~ 106 В/см (100 кВ/мм). При таком электрическом поле, согласно [11], высока вероятность развития микроразряда в толще диэлектрика, и выходом канала пробоя на внутреннюю поверхность стеклооболочки. Здесь не указана величина накопленного заряда, приводящая к такой напряженности поля. Однако авторы [16] экспериментально определили, что при достижении значений накопленного объемного заряда порядка 1 мкКл напряженность его поля превышает электрическую прочность изолятора, в результате чего происходят пробои приповерхностных слоев с выходом канала пробоя на внутреннюю поверхность изолятора.

В работах [16, 48, 49] приводится информация о том, что под действием приложенного высокого напряжения к электродам ЭВП наблюдается эффект "внешней" поляризации диэлектрика. Указанный эффект заключается в образовании на поверхности диэлектрика слоев с зарядом, одноименным с зарядом электрода [48, 49], находящимся вблизи данной поверхности. Так в [16] был обнаружен положительный заряд на поверхности диэлектрика, расположенной над анодным электродом рентгеновской трубки, а отрицательный - над катодным электродом. По мнению авторов [48, 49], указанный эффект обнаруживают все диэлектрики, а для стекла пороговое значение напряженности электрического поля, при котором "внешняя" поляризация начинает проявлять себя, составляет 9 кВ/см. Заряды, приводящие к поляризации

диэлектрической оболочки ЭВП, генерируются либо в "тройных" точках, либо попадают на нее вследствие эмиссионных процессов в вакуумном промежутке.

Воздействие РИ также приводит к зарядке изолятора ЭВП вследствие фото- и Комптон-эффекта [15]. В первом случае энергия фотона затрачивается на вырывание электрона с одной из оболочек атома и сообщение ему кинетической энергии, в результате чего на поверхности диэлектрика образуется положительно заряженная область. В другом случае поток у-квантов создает поток комптоновских электронов, которые, покидая приповерхностный слой изолятора, приводят к положительной зарядке диэлектрика [15]. В [49] отмечается, что наряду с заряжением диэлектрика при воздействии ионизирующих излучений возникает люминесценция и появляются радиационные центры окрашивания, обусловленные частичной диссоциацией входящих в состав изоляторов (стекло и керамика) окислов примесных элементов (В2О3, А/2О3, РЬО и др.). Это приводит к появлению на поверхности изолятора хаотически расположенных островков металла, восстановленного из соответствующего оксида, что способствует локальному повышению проводимости диэлектрика и вероятности пробоя по его поверхности.

Снижение электрического сопротивления вакуумного промежутка ЭВП также происходит при запылении поверхности изолятора. На рис. 1.7 продемонстрирован заимствованный из [28] пример влияния проводящего напыления на поверхности изолятора на распределение потенциала вдоль нее.

Рисунок 1.7 - Схема распределения потенциала вдоль поверхности изолятора (заимствовано из [28]): 1,3 - электроды, 2-изолятор

При отсутствии запыления на поверхности изолятора изменение потенциала вдоль его поверхности длиной ёЬ (рис. 1.7а) равномерное. Если на участке ёе имеется напыление, то разность потенциалов оказывается приложенной не между электродами 1 и 3, а между границей с электропроводящего напыления и электродом 1 (рис. 1.7в). Фактически это приводит к уменьшению длины изолятора и повышению локальной напряженности поля в промежутке между напылением и электродом 1 до величины Е2 = и/еЬ, в то время как без напыления напряженность поля в промежутке составляет меньшую по сравнению с Е2 величину Е1 = иШЬ.

При прочих равных условиях вероятность поверхностного пробоя стеклянного изолятора увеличивается с ростом его температуры. Так в постоянном электрическом поле при комнатной температуре пробивная напряженность стекол по поверхности колеблется от 20 до 30 кВ/мм и значительно снижается с возрастанием температуры (рис. 1.8) [28]. Снижение электроизоляционных качеств стекла при повышении температуры объясняется уменьшением его удельного объемного электросопротивления за счет электролиза, обусловленного интенсивной подвижностью ионов из состава стекла. Также перемещение отрицательных и положительных ионов, входящих в состав стекла, приводит к образованию сквозных каналов и микротрещин изолятора в области ввода анода, что также создает условия для инициирования сквозного пробоя стекла.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Каньшин Илья Александрович, 2023 год

Список литературы

1. Jacob G Fantidis, Bandekas V Dimitrios, Potolias Constantinos and Vordos Nick. Fast and thermal neutrón radiographies based on a compact neutron generator // Journal of Theoretical and Applied Physics. - 2012.- Vol. 6.-Issue 1.

2. Лычагин, А.А. Портативные нейтронные генераторы в медицине // Медицинская техника, 2014, № 1 (283).

3. Боголюбов, Е.П., Рыжков, В.И. Портативные генераторы нейтронов Всероссийского НИИ Автоматики (ВНИИА) для физических исследований // Приборы и техника эксперимента, 2004, № 2. - С. 160-163.

4. Яковлев, К.И. Исследование и оптимизация физико-технических характеристик малогабаритных газонаполненных ускорительных трубок для генерации нейтронов / Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - 1990. - 20 с.

5. Боголюбов, Е.П., Васин, В.С., Якубов, Р.Х. Газонаполненная нейтронная трубка / Патент РФ 2366030

6. Карпов, Д.А., Литуновский, В.Н. Универсальная нейтронная трубка с электротермическими инжекторами рабочего газа / Патент РФ 2601961

7. Боголюбов, Е.П., Васин, В.С. Газонаполненная нейтронная трубка с источником Пеннинга / Патент РФ 2372755

8. Бутолин, С.Л., Черменский, В.Г., Хасаев, Т.О. Газонаполненная нейтронная трубка / Патент РФ 2451433

9. Крастелев, Е.Г., Лотоцкий, А.П., Масленников, С.П., Школьников, Э.Я. Мощные электроимпульсные системы. Часть 1. Сильноточные диоды и системы диагностики: Учебное пособие / Е.Г. Крастелев, А.П. Лотоцкий, С.П. Масленников, Э.Я. Школьников. - М.: МИФИ, 2008. - 204 с.

10. Важов, В.Ф., Лавринович, В.А., Лопаткин, С.А. Техника высоких напряжений / В.Ф. Важов, В.А. Лавринович, С.А. Лопаткин. - Томск: Изд-во ТПУ, 2006. - 118 с.

11. Латам, Р.В. Вакуумная изоляция установок высокого напряжения. Пер. с анг. / Р.В. Латам. -М.: Энергоатомиздат, 1985. - 192 с.

12. Татаринова, Н.В. Влияние процессов в порах поверхности электродов на вакуумную электроизоляцию, автореферат дис. ... докт. физ. - мат. наук: 01.04.13 / Н.В. Татаринова. -Москва, 1998. - 47 с.

13. Иванов, С.А., Щукин, Г.А. Рентгеновские трубки технического назначения / С.А. Иванов, Г.А. Щукин. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989. - 200 с.

14. Рау, Э.И., Евстафьева, Е.Н., Андрианов, М.В. Механизмы зарядки диэлектриков при их облучении электронными пучками средних энергий // Физика твердого тела. - 2008. - Т. 50, вып. 4. - С. 599-607.

15. Громов, В.В. Электрический разряд в облученных диэлектриках и их свойства в материалах / В.В. Громов. // Успехи химии. - 1993. - 62 (11). - С. 1064-1077.

16. Бочков, В.М., Погорельский, М.М. Исследование распределения заряда по диэлектрической оболочке высоковольтного вакуумного прибора // ЖТФ. - 1999. - Т. 69. - вып. 6 - С. 30 - 35.

17. Вертеш-Туняк, М.Н. Очистка поверхностей деталей вакуумного тракта для сверхвысокого вакуума физических установок / М.Н. Вертеш-Туняк.- Дубна, Объединенный институт ядерных исследований, препринт Р9-96-20. - 1996. - 25 с.

18. Брусиловский, Г.Л., Куликов [и др.] Проблемы электрической прочности рентгеновских трубок и нанотехнологические подходы ее повышения / Санкт-Петербургский государственный технологический университет, ЗАО «Светлана -Рентген». - С. 158 - 170.

19. Пат. 2418339 Российская Федерация МПК H01J5/08 (2006.01) Высоковольтный электронный прибор / Бочков В.Д.; № 2010102657/07; заявл. 28.01.2010; опубл. 10.05.2010, Бюл. №13. - 12 с.: ил.

20. Karthik, R.V. A Simulation Analysis to Improve the Dielectric Strength Inside High Voltage Vacuum Interrupters / Karthik Reddy Venna. - 2015. - p. 114.

21. Черепнин, Н.В. Сорбционные явления в вакуумной технике / Н.В. Черепнин. - М.: Советское радио, 1973. - 384 с.

22. Holste, K. [et al] Emittance measurement setup facilitating plasma diagnostic of ion thrusters // The 33rd International Electric Propulsion Conference IEPC-2013-191. - 2013. - 14 p.

23. Браун, Я. Физика и технология источников ионов / Я. Браун. - Мир: Москва, 1998. - 420 с.

24. Габович, М.Д. Физика и техника плазменных источников ионов / М.Д. Габович. - М.: Атомиздат, 1972. - 304 с.

25. Гайдадин, А.Н. Использование метода композиционного планирования эксперимента для описания технологических процессов / А. Н. Гайдадин, С. А. Ефремова. - Волгоград, 2008. -16 с.

26. Соколовская, И.Ю. Полный факторный эксперимент. Методические указания для самостоятельной работы студентов / И.Ю. Соколовская. - Новосибирск: НГАВТ, 2010. - 36 с.

27. Емельянов, А.А. Импульсные технологии повышения электрической прочности в вакууме / А.А. Емельянов, Е.А. Емельянова. - Москва: Физматлит, 2009. - 159 с.

28. Шехмейстер, Е.И. Технология производства электровакуумных приборов: Учеб.для учащихся техникумов по спец. «Производство изделий электр. техники» / Е.И. Шехмейстер. - М.: Высш. шк., 1992. - 543 с.

29. Сливков, И.Н. Электроизоляция и разряд в вакууме / И.Н. Сливков. - М.: Атомиздат, 1972. -304 с.

30. Вассерман, С.Б., Глазков, И.И., Радченко, В.М., Сапутин, Н.И., Широков, В.В. Ускорительная трубка генератора электронного пучка ЭЛИТ-3А. Препринт 83-111 / С.Б. Вассерман[и др.]. -Новосибирск, 1983. - 90 с.

31. Валуйский, С.А. Измерение степени вакуума в отпаянной рентгеновской трубке БС-1/ С.А. Валуйский // Электронная техника, сер. 4 Электровакуумные и газоразрядные приборы. -вып.1 (84). - С. 37 - 38.

32. Добрецов, Л.Н., Гомоюнова, Н.В. Эмиссионная электроника / Л.Н. Добрецов, Н.В. Гомоюнова. - М.: «Наука», 1966. - 564 с.

33. Курнаев, В.А., Протасов, Ю.С., Цветков, И.В. Введение в пучковую электронику: учебное пособие / В.А. Курнаев, Ю.С. Протасов, И.В. Цветков. - М.: МИФИ, 2008. - 452 с.

34. Железников, Ф.Г. О влиянии микрорельефа поверхности электродов на изоляционные свойства больших вакуумных промежутков. Препринт Д-0423 / Ф.Г. Железников. - НИИЭФА, 1979. - 28 с.

35. Яценко, А.Ф., Кулишова, Г.Г., Старовойтова, Л.Н // Известия АН СССР. - 1988. - Т. 52, вып. 8. - С. 1530-1533.

36. Баренгольц, Ю.А., Берил, С.И. Влияние адсорбированных молекул на поверхности катода на величину предпробойного тока автоэлектронной эмиссии в начальной стадии высоковольтного газового разряда // Журнал технической физики. - 2013. - Т. 83, вып. 9. - С. 121-125.

37. Железников, Ф.Г. О природе темнового тока в больших вакуумных промежутках эмиссионных процессов, вызывающих проводимость вакуумной изоляции. Препринт Д-0241 / Ф.Г. Железников. - Л.: НИИЭФА, 1975. - 27 с.

38. Железников, Ф.Г. О механизме эмиссионных процессов, вызывающих проводимость вакуумной изоляции. Препринт Д-0242 / Ф.Г. Железников. - Л.: НИИЭФА, 1975. - 36 с.

39. Татаринова, Н.В. Вакуумная электроизоляция (обзор) / Н.В. Татаринова // Вакуумная техника и технология. - 2003. - Т.13, № 1. - С. 3-29.

40. Татаринова, Н.В. Метод увеличения электрической прочности вакуумной электроизоляции // Журнал технической физики. - 2012. - Т.82, вып. 11. - С. 70-75.

41. Райзер, Ю.П. Физика газового разряда: учебное руководство для вузов - 2-е издание, перераб. и доп. / Ю.П. Райзер. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. - 536 с.

42. Железников, Ф.Г. О механизме поджига высоковольтного разряда в ускорительных трубках высоковольтных ускорителей. Препринт Д-0591 / Ф.Г. Железников. - Л.: НИИЭФА, 1983. - 41 с.

43. Рау, Э.И., Татаринцев, А.А., Зыкова, Е.Ю., Зайцев, С.В. Исследование процессов зарядки ионно-имплантированных диэлектриков под воздействием электронного облучения // Журнал технической физики. - 2019.- Т. 89. -вып. 8. - С. 1276-1281.

44. Рау, Э.И. [и др.]. Электронно-лучевая зарядка диэлектриков, предварительно облученных ионами и электронами средних энергий // Физика твердого тела. - 2017. - Т.59. - вып. 8. -С. 1504-1513.

45. Евстафьева, Е.Н. [et al] Исследование процесса зарядки диэлектрических материалов электронными пучками с энергией 1-50 кэВ // http://nuclphys.sinp.msu.ru: Ядерная физика в Интернете - http://nuclphys.sinp.msu.ru/school/s08/s08_04.pdf.

46. Евстафьева Екатерина Николаевна Механизм зарядки диэлектрических мишеней при электронном облучении электронными пучками с энергией 1-50 кэВ: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. - Москва.

- 2009. - 23 с.

47. Evstafeva, E.N. [et al] Charging Potential of Dielectrics and Insulated Conductors as a Function of the Angle of Incidence of an Electron Beam // MOSCOW UNIVERSITY PHYSICS BULLETIN. -2014. - Vol. 69, No. 1. - pp. 61-65.

48. Тарасова, Л.В. Современные представления о механизме электрического пробоя в высоком вакууме // Успехи физических наук. - 1956. - Т. LVIII, вып. 2. - С. 321 - 346.

49. Акишин, А.И. Космическое материаловедение. Методическое и учебное пособие / А.И. Акишин. - М: НИИЯФ МГУ, 2007. - с. 209.

50. Тутык, В.А. Особенности расчета электрической прочности изоляционных промежутков в низковакуумных газоразрядных электронных пушках // Современные проблемы металлургии.

- 2007. - №10. - С.179 - 185.

51. Раховский, В.И. Физические основы коммутации электрического тока в вакууме / В.И. Раховский. - М.: «Наука», 1970.

52. Диагностика плазмы / под ред. Р. Хаддлстоуна и С. Леонарда. - М.: Мир, 1967. - 515 с.

53. Пат. US 2012/0063558 США H01J 35/04 (2006.01) Floating intermediate electrode configuration for downhole nuclear radiation generator / Jani Reijonen, Joel L. Groves. - опубл. 15.03.2012. - 22 с.: ил.

54. Пат. 2581617 Российская Федерация МПК Н01В 17/26 (2006.01) Способ определения оптимального числа секций секционированного изолятора / Смирнов Г.В., Смирнов Д.Г.; заявитель и патентообладатель Федеральное Государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» - № 2014137386/07; заявл. 15.09.2014; опубл. 20.04.2016, Бюл. №11. - 8 с.: ил.

55. Cheng, Y.L. [et al] Single-pulsed Surface Flashover Voltage of the Electrode Geometry in Vacuum // XXIV-th Int. Symp. On Discharges and Electrical Insulation in Vacuum - Braunschweig - 2010.

56. Пат. US 2007/0237281A1 США G21G 1/12 (2006.01) Neutron generator tube having reduced internal voltage gradients and longer lifetime/ Kostyantyn I. Yakovlev. - опубл. 11.10.2007. - 10 с.: ил.

57. Пат. US 2008/0080659 США H01J 27/02 (2006.01) Neutron Tubes/ Ka-Ngo Leung, Tak Pui Lou, Jani Reijonen. - опубл. 03.04.2008. - 9 с.:ил.

58. Пат. 175196 Российская Федерация Газонаполненная нейтронная трубка / Зеляковский Д.В., Злобин В.Н., Кущ Л.Р., Чернявский А.Н. заявитель и патентообладатель Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Волгоградский государственный аграрный университет» - № 2017106071; заявл. 22.02.2017; опубл. 28.11.2017, Бюл. №37. - 6 с.: ил.

59. Вашин, С.А., Корепин, Г.Ф. Адсорбционное газосодержание отпаянных высоковольтных ЭВП и интенсивность электрических пробоев // Вакуумная техника и технология. - 2015. - Т.25, №. 2. - С. 129-130.

60. Корепин, Г.Ф., Юнаков, А.Н. Стоки и истоки поверхностных газов ЭВП // Вакуумная техника и технология. - 2010. - Т.20, № 2. - С. 71-76.

61. Вашин, С.А., Корепин, Г.Ф. Особенности динамики сорбционного равновесия газов отпаянного высоковольтного ЭВП // Вакуумная техника и технология. - 2013. - Т.1. - С. 2729.

62. Саксаганский, Г.Л. Вакуумная техника и технология электрофизического аппаратостроения (Часть II - Принципы проектирования и основные технико-технологические решения вакуумных систем электрофизических установок и комплексов). / Г.Л. Саксаганский. - М.: Заочный институт ЦП ВНТО приборостроителей им. С.И. Вавилова, 1990. - 76 с.

63. Корепин, Г.Ф. Термовакуумная обработка электронной пушки и вероятность электрических пробоев высоковольтных ЭВП // Вакуумная техника и технология. - 2007. - Т.17, № 2. - С. 123-130.

64. Абдуллин, И.Ш., Желтухин, В.С., Сагбиев, И.Р., Шаехов, М.Ф. Модификация нанослоев в высокочастотной плазме пониженного давления: Монография / И.Ш. Абдуллин [и др.]. -Казан. гос. технол. ун-т. Казань, 2007. - 370 с.

65. Сливков, И.Н. Процессы при высоком напряжении в вакууме / И.Н. Сливков. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 256 с.

66. Бобырь, С.А., Герцрикен, Д.С., Миронов, В.М., Тышкевич, В.М. Особенности взаимодействия металлов с инертными газами в плазме тлеющего разряда // Труды 4-й международной конференции «Взаимодействие излучений с твердым телом», г. Минск, Беларусь.

67. Габович, М.Д., Плешивцев, Н.В., Семашко, Н.Н. Пучки ионов и атомов для управляемого термоядерного синтеза и технологических целей / М.Д. Габович, Н.В. Плешивцев, Н.Н. Семашко. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 248 с.

68. Болотов, Г.П., Болотов М.Г., Рыжов Р.Н. Очистка тлеющим разрядом металлических поверхностей перед диффузионной сваркой и пайкой в вакууме // Вестник национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт». - 2009. - Серия Машиностроения. - № 57. - С. 124-127.

69. Пат. 1774778 Российская Федерация МПК Н01Л7/26 (1995.01) Способ вакуумной обработки деталей или узлов электровакуумных приборов / Лисицына Л.И., Ласточкина Л.П., Кузнецова Л.А., Чушикина В.И., Суворова М.И., патентообладатель Лисицына Л.И., Новосибирский государственный технический университет. - № 4816809/21; заявл. 20.04.1990; опубл. 20.03.1995, - 4 с.: ил.

70. Пат. 1776154 Российская Федерация МПК Н0И9/38 (1995.01) Способ вакуумной обработки электровакуумного прибора / Лисицына Л.И., Катаев А.А., Кузнецова Л.А., Куренинова Е.А. Чушикина В.И., Ханина А.Г., патентообладатель Лисицына Л.И., Новосибирский государственный технический университет. - № 484503/21; заявл. 20.04.1990; опубл. 20.04.1995, - 3 с.: ил.

71. Пат. 1558247 МПК Н0И9/38 (1995.01) Способ очистки электродов электровакуумного прибора / Фискис А.Я. - № 4458104/21; заявл. 25.07.1988; опубл. 27.11.1996, - 5 с.: ил.

72. Пат. 2327239 Российская Федерация МПК G21G4/02 (2006.01), Н0И9/02 (2006.01) Способ изготовления газонаполненной нейтронной трубки / Боголюбов Е.П., Васин В.С., Губарев А.В., Якубов Р.Х., патентообладатель ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова», № 42006143791/09; заявл. 12.12.2006; опубл. 20.06.2008, - 6 с.: ил.

73. Пат. 2384911 Российская Федерация МПК Н01Л9/44 (2006.01), G01R 31/12 (2006.01) Способ обработки электродов изолирующих промежутков высоковольтных электровакуумных приборов / Батраков А.В., Озур Г.Е., Проскуровский Д.И., Ротштейн В.П., патентообладатель Институт сильноточной электроники СО РАН, № 2008149392/28; заявл. 15.12.2008; опубл. 20.03.2010, - 5 с.: ил.

74. Плешивцев, Н.В. Катодное распыление / Н.В. Плешивцев. - М.: Атомиздат, 1968. -347 с.

75. A S Klimov, A A Zenin, Tran Van Tu and I Yu Bakeev Electron-beam plasma and its applications to polymer treatment in the forevacuum // IOP Conf. Series: J. Physics Conf. Series. 2019. V. 1393. P. 012097.

76. Абгарян, В.К., Ахметджанов, Р.В., Лёб, Х.В., Обухов, В.А., Черкасова, М.В. Численное моделирование первичного пучка ионов и потока вторичных ионов в ионно - оптической системе ионного двигателя // Труды МАИ. - 2013. - Т.71. - 17 с.

77. Reijonen, О, Ji, Q, King T.-J., Leung, K.N., Persaud, A., Wilde, S. Compact focusing system for ion and electron beams // Journal of Vacuum Science and Technology B 20(1). - 2002. - P. 180-184.

78. Verbeke, Jerome M. Development of high-intensity D-D and D-T neutron sources and neutron filters for medical and industrial applications / Jerome M. Verbeke.- University of California. - 2000. - P. 212.

79. Маркелов, А.Ю., Панасенков, А.А., Смирнов, В.А. Моделирование формирования пучка в щелевой ячейке ионно-оптической системы стационарного источника ионов // ВАНТ Серия: Термоядерный синтез. - 2013. - Т. 36, вып. 1 - С. 58 - 63.

80. Srinivasan-Rao, T., Smedley, J., Batchelor, K., Farrell, J.P., Dudnikova, G. Optimization of Gun Parameters for a PulsedPower Electron Gun // CP472, Advanced Accelerator Concepts: Eighth Workshop. - p. 11.

81. Ren, H.T. [et al] Methods to obtain high intensity proton ion beams with low emittance from ECR ion source at Peking university // Proceedings of IPAC2011, San Sebastián, Spain. - P. 3463-3465.

82. Oks, E., Litovko, I. Computer simulation of extraction and acceleration of ion beam // Czechoslovak Journal of Physics: Suppl. B - 2006. - Vol. 56. - P. 903 - 908

83. Litovko, I. [и др.] Computer modeling new generation plasma optical devices (new results) // Problems of atomic science and technology. Series: Plasma Physics (21). - № 1. - 2015. - p. 209212.

84. Soliman, B.A., Abdelrahman, M.M. Simulation of ion beam extraction and focusing system // Chinese Physics C. - 2011. - Vol. 35, No. 1. - PP. 83 - 87.

85. Basanta Kumar DAS Simulation studies of the ion beam transport system in a compact electrostatic accelerator-based D-D neutron generator // Nuclear Technology and Radiation Protection. - 2014. -Vol. 24, No. 4. - p. 326 - 330.

86. Бердников, А.С. Методы моделирования и программное обеспечение для разработки ионно-оптических систем источников ионов масс-спектрометров // Научное приборостроение. -2003. - том 13. - № 4. - С. 3 - 21.

87. Midttun, 0. [et al] A new extraction system for the Linac4 H- ion source // Review of scientific instruments 83, 02B710. - 2012. - p. 3.

88. Kalvas, T. [et al] IBSIMU: A three-dimensional simulation software for charged particle optics // Review of scientific instruments 81, 02B703. - 2010. - p. 3.

89. Батурин, В.А., Ерёмин, С.А., Пустовойтов, С.А., Литвинов, П.А., Карпенко, А.Ю., Мирошниченко, А.Ю. Генерация и формирование пучков металлических ионов на высокодозном ионном имплантере // ВАНТ. - 2015. - № 2 (96). - С. 204 - 209.

90. Вальков, А.Е., Долинский, А.В., Руденко, Т.П. Моделирование траекторий ионов в системе экстракции ионного источника // Ядерная физика и энергетика. - 2006. - № 2 (18). - С. 124 -130.

91. Rashchikov, V.I. Computer simulation of gas-filled neutron tube ion-optic system // Physics Procedia 74. - 2015. - P. 97 - 103.

92. Mamedov, N.V., Schitov, N.N., Lobok, M.G., Kanshin, I.A. The penning discharge experimental study and its simulation // Plasma Physics and Technology 3(3). - P. 158-162, 2016.

93. Rokhmanenkov, A.S., Kuratov, S.E. Numerical Simulation of Penning Gas Discharge in 2D/3D Setting // IOP Conf. Series: J. Physics Conf. Series. 2019. V. 1250. P. 012097.

94. Sy, A.V. Advanced Penning-type source development and passive beam focusing techniques for an associated particle imaging neutron generator with enhanced spatial resolution (Berkley: University of California). - 2013.

95. Mamedov, N.V., Rohmanenkov, A.S., Zverev, V.I., Maslennikov, S.P., Solodovnikov, A.A., Uzvolok, A.A. and Yurkov, D.I. Characteristics of miniature pulsed penning ion source: Experiment and PIC simulation // Rev. Sci. Instrum. 90, 123310. (2019); doi: 10.1063/1.5127921

96. Mamedov, N.V., Rokhmanenkov, A.S., Solodovnikov, A.A., Maslennikov, S.P., Sorokin, I.A., Kolodko, D.V. Plasma behavior in E*H pulse discharge / Published in: 2020 7th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE). 978-1-7281-2685-2/20/$31.00 ©2020 IEEE. pp. 617-620

97. Mamedov, N V, Rohmanenkov, A S and Solodovnikov, A.A. Magnetic field influence on the Penning discharge characteristics // Journal of Physics: Conference Series 2064 (2021) 012039, doi :10.1088/1742-6596/2064/1/012039

98. Отчёт по исследованиям Центра фундаментальных и прикладных исследований ФГУП «ВНИИА» в 2021 г. «Расчетное моделирование ГНТ4-26. Оптимизация геометрии», Инв. № 70/898-Т.

99. Рохманенков, А.С., Лобок, М.Г. Совершенствование физических моделей процессов, протекающих в электровакуумных приборах (апробация и тестирование модели нейтронных генераторов): Tech. Rep.: ФГУП ВНИИА, 2018.

100. Гришняев, Е.С. Генератор быстрых нейтронов для калибровки детекторов слабовзаимодействующих частиц, дис. ... канд. физ. - мат. наук: 01.04.20 и 01.04.01 / Е.С. Гришняев. - Новосибирск, 2016. - 128 с.

101. Мельник, К.И. Использование конденсорной системы для повышения плотности ионного тока в микрозонде ИПФ НАНУ // ВАНТ Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения. - 2010. - №4. - С. 335 - 339.

102. Коненков, Н.В. Согласование анализаторов тандемного квадрупольного фильтра масс // ЖТФ.

- 1990. - Т. 60, вып. 10. - С. 153 - 158.

103. Воронко, В.А. [и др] Линейный дейтронный ускоритель непрерывного действия // ВАНТ. -2008. - № 5. - С. 28 - 32.

104. Овсянников, А.Д. Оптимизация параметров поперечного движения в ускорителях // ВАНТ. -2012. - №4(80). - С. 74-77.

105. Бердников, А.С. [и др] Методика согласования источника ионов статического масс-спектрометра с анализатором // Научное приборостроение. - 2001. - Т.11, №4. - С.28 - 34.

106. Stockli Martin. Measuring and Analyzing Transverse Emittance of Charged Particle Beams // AIP Conference Proceedings 2006. -P. 25-62.

107. Green, T.S. Intense ion beams / T.S. Green // Rep. Prog. Phys. - 1974. - 37. - P. 1257 - 1344.

108. Штеффен, К. Оптика пучков высокой энергии / К. Штеффен. - Мир.: Москва, 1969. - 219 с.

109. Kalvas, T. Beam Extraction and Transport / T. Kalvas - Finland, 2014. - p. 39.

110. Винокуров, Н.А. Лекции по электронной оптике для ускорительных физиков / Н.А. Винокуров. - ИЯФ СО РАН. - Новосибирск. - 76 с.

111. Гаврилов, С.А. Исследование метода двумерной неразрушающей диагностики поперечных характеристик пучков ускоренных заряженных частиц на основе ионизации остаточного газа, дис. ... канд. физ. - мат. наук: 01.04.01 / А.С. Гаврилов. - Долгопрудный-Москва-Троицк, 2013.

- 117 с.

112. Иссинский, И.Б. Введение в физику ускорителей заряженных частиц: Учебное пособие / И.Б. Иссинский. - Дубна: ОИЯИ. - 2012. - 93 с.

113. Wilson, E. Transverse beam dynamics // Proceedings of Intermediate CERN Accelerator School, CERN, Geneva. - 2003. - p. 530.

114. Мешков, И.Н., Шарапа, А.Н., Шемякин, А.В. Формирование электронного пучка с предельно малым фазовым объемом // Журнал технической физики. - 1989. - Т. 59, вып. 7. - С. 146-152.

115. Кленов, В.С., Фролов, Б.А. Сравнительное исследование систем транспортировки низкоэнергетичного пучка для ионов Н-минус: Препринт ИФВЭ 2016-11. Протвино, 2016. -10 с.

116. Belikov, А^. [et al] Transport and matching of the injecting beam // ВАНТ. - 2018. - № 3 (115). -С. 68-72.

117. Toivanen, V. [et al] Double einzel lens extraction for the JYFL 14GHz ECR ion source designed with IBSimu // Journal of Instrumentation JINST 8 P05003. - 2013. - 19 p.

118. Belikov, А^., Bondarenko, LA., Gussev, Ye.V, Manuilenko, O.V., Vdovin, SA. Investigation of beam extraction and formation in the ions injector // ВАНТ. - 2018. - № 3 (115). - С. 63-67.

119. Лоусон, Дж. Физика пучков заряженных частиц / Дж. Лоусон. - Мир.: Москва, 1980. - 432 с.

120. Sarstedt, M. [et al] Beam emittance measurements on multicusp ion sources // Rev. Sci. Instrum. -1996. - Vol. 67, No. 3. - P. 1249 - 1251.

121. Вальков, А.Е., Зайченко, А.К., Устинов, А.И. Определение характеристик пучка на входе в ионно - оптический тракт сепаратора изотопов циклотрона У - 240 // Ядерная физика и энергетика. - 2010. - Т.11, № 2. - С. 199 -202.

122. Sarstedt, М. [et al] Beam diagnostics using an emittance measurement device // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 99. - 1995. - P. 721 - 724.

123. Брагин, С.Е., Володкевич, О.М., Гайдаш, В. А, Киселев, Ю.В., Кленов, В.С., Мирзоян, А.Н., Фещенко, А.В. Измерения эмиттанса пучка на канале инжекции ионов H— линейного ускорителя ИЯИ РАН // ВАНТ. - 2012. - № 3 (79). - С. 58-62.

124. Roychowdhury, P., Kewlani, H., Mishra, L., Gharat, S., Rajawat, R.K. Emittance and proton fraction measurement in High current electron cyclotron resonance proton ion source // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 795.-2015. - P. 45-51.

125. Alexandrov, V.S. [et al] Processing Digital Images and Calculation of Beam Emittance (Pepper-Pot Method for the Krion Source) // Physics of particles and nuclei letters. - 2016. - V. 13, №7. - P. 767

- 770.

126. Dolinska, M.E., Doroshko, N.L. Pepper-pot diagnostic method to define emittance and Twiss parameters on low energies accelerators // Problems of atomic science and technology. Series: Nuclear Physics Investigations (40). - 2002. - № 2. - P. 107-111.

127. Barabin, S., Kozlov, A., Kulevoy, T., Liakin, D., Lukashin, A., Selesnev, D. Pepper-pot emittance measurements // Proceedings of 26th Russian Particle Accelerator Conference RUPAC 2018, Protvino, Russia. - 2018. - THPSC18. - P. 443-445.

128. Barabin, S., Kozlov, A., Kulevoy, T., Liakin, D., Lukashin, A., Selesnev, D. Emittance measurements of polarized ion beams using a pepper-pot emittance meter // Proceedings of 26th Russian Particle Accelerator Conference RUPAC2018, Protvino, Russia. - 2018. - THPSC17. - P. 440-442.

129. Khiary, F.Z., Abdel-Aal, R.E., Muhammad, R. Beam Emittance reconstructions at the KFUPM 350 keV ion accelerator // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 343. - 1994. - P. 383

- 389.

130. Pandit, S. [et al] The measurement of the RMS emittance of an ion beam with anarbitrary density profile // Meas. Sci. Technol. 8. - 1997. - P. 1085-1089.

131. Dong Hyun An [et al] Transverse Beam Emittance Measurement Using Quadrupole Variation at KIRAMS-430 // Journal of the Korean Physical Society. - 2015. - V. 66, №3 - P. 323 - 329.

132. Mader, J. [et al] Emittance estimation by an ion optical element with variable focusing strength and a viewing target // Review of scientific instruments 81, 02B720. -2010. - 4 p.

133. Каньшин, И.А., Солодовников, А.А. Измерение эмиттанса пучка заряженных частиц в малогабаритных линейных ускорителях // Приборы и техника эксперимента. - 2020. - № 3. -С. 30-39.

134. I.A. Kanshin and A.A. Solodovnikov Measuring the Emittance of a Charged-Particle Beam in a Small Linear Accelerator // Instruments and Experimental Techniques, 2020, Vol. 63, No. 3, pp. 315324.

135. И.А. Каньшин Метод измерения эмиттанса пучка заряженных частиц в нейтронных трубках / Сборник трудов V Международной конференции «Лазерные, плазменные исследования и технологии» ЛаПлаз-2019. М: НИЯУ МИФИ, 2019. - 388 с.

136. Liebl, H. Applied Charged Particle Optics: / Helmut Liebl. - Springer. - 2007. - P. 131.

137. Пат. 2212690 Российская Федерация МПК G01T 1/38 (2000.01) Способ диагностики пучка в ускорителе / Мешков И.Н., Парфенов А.Н., Бровко О.И. патентообладатель Объединенный институт ядерных исследований, № 2001120926/28; заявл. 27.07.2001; опубл. 20.09.2003, - 3 с.

138. Голубев, А.А., Гурьева, Е.В. [и др.] Невозмущающая газовая диагностика ионных пучков // Приборы и техника эксперимента. - 2009. - № 3. - С. 13-18.

139. Mamedov, N V, Kolodko, D V, Sorokin, I A Kanshin, I A and Sinelnikov, D N Energy & masscharge distribution peculiarities of ion emitted from penning source // IOP Conf. Series: J. Physics Conf. Series. 2017. V. 830. P. 012063. 2017.

140. Мамедов, Н.В., Щитов, Н.Н., Колодко, Д.В., Сорокин, И.А., Синельников, Д.Н. Разрядные характеристики плазменного источника Пеннинга // Журнал технической физики. - 2018. -том 88. -вып. 8. - С. 1164 - 1171.

141. Janev, R.K. [et al] Elementary Processes in Hydrogen-Helium Plasmas / Springer-Verlag Berlin Heidelberg, doi: 10.1007/978-3-642-71935-6. - 327 p.

142. Савельев, И.В. Курс физики: Учеб.: В 3-х т. Т.3: Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц / И.В. Савельев. - М.: Наука, 1989. - 304 с.

143. Путилов, К.А., Фабрикант, В.А. Курс физики. Том III Оптика. Атомная физика. Ядерная физика / К.А. Путилов, В.А. Фабрикант. - М.: ГИ ФМЛ, 1963. - 636 с.

144. JING-YELIU [et al] Main reaction process simulation of hydrogen gas discharge in a cold cathode electric vacuum device // Pramana - Journal of physics. - Vol. 79, No. 1. - 2012. - pp. 113-124.

145. Janev, R.K. [et al] Collision Processes in Low - Temperature Hydrogen Plasmas. -188 p.

146. Н.В. Мамедов, Н.Н. Щитов, И.А. Каньшин Экспериментальный стенд для исследования ионных источников Пеннинга // Приборы и техника эксперимента. - 2016. - № 6. - С. 101 -109.

147. Пронкин, Н.С. Основы метрологии динамических измерений: Учеб. Пособие для вузов / Н.С. Пронкин. - М.: Логос, 2003. - 256 с.

148. Форрестер, А.Т. Интенсивные ионные пучки: Пер. с англ./ А.Т. Форрестер. - Мир, 1991. - 358 с.

149. И.А. Каньшин Метод измерения эмиттанса пучка заряженных частиц в нейтронных трубках / Сборник трудов V Международной конференции «Лазерные, плазменные исследования и технологии» ЛаПлаз-2019. - М: НИЯУ МИФИ, 2019. - 388 с.

150. А N Dolgov, V G Markov, I A Kanshin, D E Prokhorovich, A G Sadilkin, I V Vizgalov, V I Rashchikov, N V Mamedov and D V Kolodko Diagnostic suite for study of corpuscular flow dynamics in ion-optical system of neutron tube // Journal of Physics: Conference Series 666 (2016) 012023

151. Силадьи, М. Электронная и ионная оптика / М. Силадьи. - Пер. с англ. - М.: Мир, 1990. - 639 с.

152. Котельников, И.А., Астрелин, В.Т. Теория плазменного эмиттера положительных ионов // Успехи физических наук. - 2015. - Т. 185. - № 7. - С. 753 - 771.

153. https://www.comsol.ru/products

154. Каньшин, И.А. Повышение электрической прочности газонаполненных нейтронных трубок для обеспечения стабильности генерируемых нейтронных импульсов // Технологии ЭМС. - № 3 (66). - 2018. - С. 26-35

155. I.A. Kanshin Trajectory Analysis of the Corpuscular Flow Extracted from a Small-Sized Linear Accelerator Plasma Source / Published in: 2020 7th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE). 978-1-7281-2685-2/20/$31.00 ©2020. IEEE. DOI: 10.1109/EFRE47760.2020.9241976. pp. 474-478

156. Каньшин, И.А. Траекторный анализ корпускулярного потока, экстрагируемого из плазменного источника нейтронной трубки / VII Международная конференция «Лазерные, плазменные исследования и технологии» ЛаПлаз-2021: Сборник научных трудов. Ч.2. -М.: НИЯУ МИФИ, 2021. - 481 с.

157. Соколовская, И.Ю. Полный факторный эксперимент. Методические указания для самостоятельной работы студентов / И.Ю. Соколовская. - Новосибирск: НГАВТ, 2010. - 36 с.

158. Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю. П. Адлер и др. - М.: Наука, 1976. - 280 с.

159. Гмурман, В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: Уч. пособие для вузов / В.Е. Гмурман. - М.: Высшая школа, 2003. - 479 с.

160. Мамедов, Н.В., Прохорович, Д.Е., Юрков, Д.И., Каньшин, И.А., Солодовников, А.А., Колодко, Д.В., Сорокин, И.А. Регистрация распределения ионного тока по поверхности

мишени, находящейся под высоким потенциалом смещения // Приборы и техника эксперимента. - 2018. - № 4. - С. 62-69.

161. Болдасов, В.С., Денбновецкий, С.В., Кузьмичёв, А.И. Моделирование газоразрядных коммутирующих приборов низкого давления. Электрическая прочность приборов в предразрядный период. - Киев ИСИО, 1996. - 140 с.

162. I.A. Kanshin SIMULATION OF CHARGED PARTICLE BEAM DYNAMICS EXTRACTED FROM A PLASMA SOURCE / 15th International Conference "Gas Discharge Plasmas and Their Applications" GDP 2021 (Ekaterinburg, September 5-10, 2021): Abstracts. -Ekaterinburg: IEP UB RAS, 2021. - 260 p.

163. I А Kanshin Simulation of charged particle beam dynamics extracted from a plasma source// Journal of Physics: Conference Series 2064 (2021) 0120113 IOP Publishing, doi: 10.1088/17426596/2064/1/012113

164. И.А. Каньшин Траекторный анализ корпускулярного потока, экстрагируемого из плазменного источника нейтронной трубки / VIII Международная конференция «Лазерные, плазменные исследования и технологии» ЛаПлаз-2022: Сборник научных трудов. - М.: НИЯУ МИФИ, 2022. - 453 с.

165. J.F. Ziegler [et al] The stopping and range of ions in solids. - Pergamon, New York, 1996.

166. James F Ziegler [et al] The stopping and range of ions in matter (2010) // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materialsand Atoms. - 2010. - 268 (11). - P. 1818 - 1823.

167. N.N. Trifonov, et al. // Vacuum 56. - 2000. - P. 253-255.

168. Когут Дмитрий Константинович Моделирование взаимодействия частиц с морфологически неоднородными поверхностями обращенных к плазме материалов: диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. - Москва. - 2013. - 118 с.

169. Syromukov, S.V. Effect of atomic-molecular and isotopic composition of an ion beam on the neutron yield from tamped targets in sealed tubes // Atomic Energy. - Vol. 118, No. 6. - 2015. -P. 410-418.

170. Семиохин, И.А. Элементарные процессы в низкотемпературной плазме: Учеб. пособие / И.А. Семиохин. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988. - 142 с.

171. Kanshin, I.A., Mamedov, N.V., Solodovnikov, A.A., Efimov, N.E. Estimation of the electrodes sputtering of the miniature linear accelerator // Vacuum. - 2022. - V.202. - Art.111194. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2022.111194.

172. I.A. Kanshin INCREASING THE ELECTRICAL STRENGTH OF THE ACCELERATING SYSTEM OF A SMALL-SIZED ION ACCELERATOR / 8th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE 2022): Abstracts. - Tomsk: TPU Publishing House, 2022. — 582 p.

173. Каньшин, И. А. Повышение электрической прочности ускоряющей системы малогабаритного ускорителя ионов // Proceedings of 8th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE-2022), Tomsk, Russia, pp, 663-668, doi: 10.56761/EFRE2022.C1-O-004101.

174. Марков, В.Г., Прохорович, Д.Е., Садилкин, А.Г., Щитов, Н.Н. Определение энергетических характеристик корпускулярной эмиссии из ионных источников газонаполненных нейтронных трубок // Успехи прикладной физики. - 2013. - Том 1, №1. - С. 23 - 29.

175. Прохорович, Д.Е. Физика и диагностика плазменных процессов: Учебное пособие /Д.Е. Прохорович. - М.: Буки Веди, 2019. - 222 с.

176. Гулько, В.М., Ключников, А.А., Коломиец, Н.Ф., Михайлов, Л.В., Шиканов, А.Е. Ионно-вакуумные приборы для генерации нейтронов в электронной технике / В.М. Гулько [и др.]. -Издательство «Тэхника», 1988. - 136 с.

177. Плешивцев, Н.В., Бажин, А.И. Физика воздействия ионных пучков на материалы / Н.В. Плешивцев, А.И. Бажин. - М.: Вузовская книга, 1998. - 232 с.

178. Кирьянов, Г.И. Генераторы быстрых нейтронов / Г.И. Кирьянов. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

- 224 с.

179. I А Kanshin and V G Markov Preparation of high-voltage vacuum gap surfaces by the glowing discharge // Journal of Physics: Conference Series 1393 (2019) 012093.

180. Волков, А.И., Жарский, И.М. Большой химический справочник / А.И. Волков, И.М. Жарский.

- Мн.: Современная школа, 2005. - 608 с.

181. Корепин, Г.Ф. Критическое время обезгаживания ЭВП СВЧ // Вакуумная техника и технология. - 2007. - Т.17. - № 3. - С. 167-175.

182. Берлин, Е.В., Коваль, Н.Н., Сейдман, Л.А. Плазменная химико-термическая обработка поверхности стальных деталей / Е.В. Берлин [и др.] - М.: Техносфера, 2012. - 464 c

183. Железников, Ф.Г., Яковлев, Н.М., Берсенев, Я.Т., Гаренков, В.С. О причине возникновения электронной нагрузки в ускорительных трубках электростатических ускорителей. Препринт Д-0139 / Ф.Г. Железников [и др.]. - НИИЭФА, 1972. - 24 с.

184. Зенин, В.А., Чиманков, М.Н. Оперативный контроль процесса высокочастотной тренировки резонаторов инжектора в бустер: Препринт ИФВЭ 87-36. - Серпухов, 1987. - 6 с.

185. Мамедов, Н.В., Масленников, С.П., Пресняков, Ю.К., Солодовников, А.А., Юрков, Д.И. Моды разряда пеннинговского ионного источника при импульсном и стационарном режиме питания // ЖТФ. - 2019. - Т. 89. - Вып. 9. - С. 1367 - 1374.

186. Применко, Г.И., Стрижак, В.И., Чикаи, И.Д, Старичкай, Т. 14 МэВ нейтроны - пути увеличения выхода нейтронов и стабильности его во времени // Изв. вузов. Физика. - 1988. -Т. 31. - № 5. - С. 17 - 31.

Приложения Приложение А

Таблица А.1. Значения коэффициентов an в аппроксимационной формуле (2.3) зависимости сечения ударной ионизации молекулярного водорода его молекулярным ионом (

Н+2+Н2=Н+2+Щ+е)

¿0 -2.3834094391216+02 al 2. тз&в«2909е+с2 а 2 -1-26Э102ВЯ9116е+02

аЗ 3,74Ь4543978?4е+01 -6.76770094Ь9Э1е+00 а5 1.62912348M32i-01

аб ml 2.0141168392676-03 aS -3.3100731Z37&ae-05

E„j „ 3.67e + 01 o^ir,) 1.00e-19 umilv 3.30^-16 Error Ы1«-М niLn min ™ax

Е7 «V

Рисунок А. 1 - Кривая № 8 - зависимость сечения ударной ионизации молекулярного

водорода его молекулярным ионом [93]

Приложение Б

Соотношение для вычисления зависимости сечения возбуждения атома водорода от энергии Е [эВ] налетающего электрона при переходах электрона в атоме водорода между

уровнями n и m [х 10-16 см2]

G

возб

(п ^ т)= 1 76 П ■ [l - exp(- rnynmxnm )] •

y ■ x

J nm nm

in(Xnm

Л (

2x

+

nm J

B_ - JL„ ■ in

2n2

nm nm

v ynm j j

1-

V Xnm j

E

x =-

nm AE

AE = 13.6|-1 -_1 1, y = i-И

nm 2 2 P J nm

V n m j V m

1.94 r =-

n n1-57

=

2n 'fm

У nm

B__ =

4n

4 f

3 2

m ym V

1 +-

4 b

3y nm y

2

nm J

bn =-14 -n V

18.63 36.24 28.09 -+ —

n

n

n

1

2

где/пш - сила осциллятора для перехода между уровнями п и ш, которая имеет вид:

2

пт

fnm _ Г~ 3 • — * gfa Упт )

3W3 m Упт

g(п Упт ) = g0 (п) + Si (п)— + g2 (п)—2

У пт Уп

коэффициенты gj (n) для n = 2 (серия Бальмера) равны g0 (2) = 1.0785, g1 (2) = - 0.2319, g2 (2) =

0.0295

Electron impact cross sections for 2 > 3, 2 > 4 and 3 v4 transitions in IT

1.E-13

1.E-14

t

о

I.E-15

1.E-16

I.E-17

1.E-18

Рисунок Б.1 - Зависимости сечений возбуждения атома водорода от энергии электрона при переходах с уровня п = 2 на уровни т = 2; 4, а также с уровня п = 3 на уровень т = 4 [145]

Приложение В

Соотношение для вычисления зависимости сечения возбуждения атома водорода от энергии Е [эВ] налетающего протона при переходах электрона в атоме водорода между уровнями

n = 2 и m = 3, 4 и 5 [х 10-16 см2]

авозб(2 ^ 3,4,5) = Ci

exp(- E • c3 )

Ec4

exp

+ ■

- c

ln (i + E • c6 )

E

Таблица В.1 Значения коэффициентов c в вышеприведенной формуле

с

2

сг 2 —> 3 2^4 2 —» 5

Q 1247.5 190.59 63.494

0.06S781 0.073307 0.077953

сз 0.521176 0.54177 0.53461

С4 -1.2722 -1.2894 -1.2881

Сй 11.319 11.096 11.507

Сб 2.6235 2.9098 4.3417

Proton im päd excitation: H+ + H(ri) — H+ + H(m) — 3, 2 — 4, 3-4

E(keV/amu), E = Ep.lab

Рисунок В.1 - Зависимости сечений возбуждения атома водорода от энергии протона при переходах с уровня п = 2 на уровни т = 2; 4, а также с уровня п = 3 на уровень т = 4 [145]

as

v Ys у

n n

1 - 4 Lj(VU M +1) 4 -2/7WUJU, +1)2

,=1 ,=1

n n n

- 4 -2lJ(UU+1) 16 -2/2/(y[UJU+1)2 -16 /3!(ЩЦ~1 +1)3

i =1 i =1 i =1

n _ n __n

4 -2Lt21ФЖ+1)2 -16 -2/3/(JUM+1)3 16 -2/4/ÍUU+1)4

v i =1

22 (i3""" )2

i =1

- 4 -22 (r* )2 lJ (UU+1)

i =1

n

4 -2(rr* - / )2I(UK + 1)2

v i =1

Для упрощения вычислений обозначим элементы матрицы по порядку следующим образом: Л = 2/ /(VU/U +1) = 2/ - Ь,

7=1 / i=1

n / n n / n n/ n n ¡ \

B=2l2/(VUTÜ+1)2 = 2l2 - ь2, с=2L3 /(VUTü+1)3=2/3 - ь3, d=2L4/(UÜ+1)4 =2/4 - ь4, Q=2(r- )2,

i=1 I ,=1 1=1 / 1=1 1=1 / ,=1 ,=1

^(r-)2 -LX^T1+l)=-4-2Г"^ ^ -Ь' E = 4-22(r-)2 -/^Г + l)2 =4-22^)2 -A2 -^2 ' ГДе Ь =(°UU +1)1 и перепишем

W = -4 > (r3

систему с учетом введенноГо обозначения:

( ps 1 Г 1 -4 A 4 - B 1 -i Г Q1

as = - 4 - A 16 - B -16 - С x W

V Ys .у v 4 - B -16 - C 16 - D у V E у

(Г.1)

Выполнив в МаШСаё операцию вычисления обратной матрицы и перемножения матриц, запишем результат в буквенных обозначениях:

(В • (СЖ - 4 • Рд) + В2Е + 4С2@ - АСЕ - АРЖ^

as

v Ys у

B2W - DW - CE + ABE - 4 - ADQ + 4 - BCQ

¡^"(DA7^

CW - A2E + B - (E - AW)-4 - B2Q + 4 - ACQ

(Г.2)

x

i

i

n

n

Умножив левую и правую часть условия Ру - а2 = 1 на 82, получим выражение Ре • уе - (еа)2 = е2, откуда выражение для вычисления эмиттанса

представляется в виде д/ре • уе - (еа)2 = е. Подставив сюда соответствующие значения из формулы (Г.2) и проведя последующие преобразования, получаем выражение для эмиттанса во введенных обозначениях:

е =

-,---1----г J-ÍCE + DW - WB 2 - ABE + 4 • ADQ - 4 • BCQ? - 4•(BCW - 4 • BDQ + EB2 + 4 • QC 2 - ACE - ADW)>

16•(DA2 -2• ABC + B - DB + C )

(CW - EA2 + BE - BAW - 4 • QB 2 + 4 • ACQ)

Среди имеющихся буквенных обозначений только Ж и Е являются функциями размера пучка гэксп. Поэтому при нахождении частной

1

„ де(гэксп) производном —^—'- множитель

дгэксп

-г—--г--л в полученном выше значении для эмиттанса является константой, а

16 •(DA2 - 2 • ABC + B3 - DB + C2)

+ В - ОВ +

дифференцированию подлежит сложная функция в виде квадратного корня, подкоренное выражение которого становится функцией г

после подстановки выражений для Ж и Е. Выполнив в МаШСаё операцию вычисления частной производной частично в буквенных обозначениях:

дв(г1.эксп)

дг э

получим ее выражение

^ / эксп 1

Еэ

дгг Í

B2 - 4 • BD - 4 • BC Ltbt + 4 • C2 - 4 • ACL,2Ь,2 + 4 • AD Ltbt

4-n (iDA 2 - 2-ABC + B3 - DB + C 2 )

n П Л í П ( v n

A2 - B - 4 • AB • ^Ltbt + 4 • B2 - 4 • AC + 4 • C • ^Ltbt - 4 • I ^Ltbt • (b2 - d)+ ^Lt2bt2 • (C - AB)-BC - AD

i=1 y

(Г.3)

i=1

i=1 У

i=1

i=1

В программном обеспечении для вычисления эмиттанса, написанном в среде ЬаЬУШ'^ эта формула используется с учетом подстановки вместо буквенных обозначений их выражений, введённых выше.

X

n

n

n

X

2

2

X

Таблица Д.1 - Результаты расчета выборочных дисперсий по трем равноточным измерениям эмиттанса в у-м эксперименте

Номер эксперимента Факторы кодированные Значение эмиттанса в каждом эксперименте Среднее Дисперсия

X X2 Хз Y1 Y2 Y3 Y

1 -1 -1 -1 1,02 1,05 0,91 0,99 0,0054335

2 -1 -1 1 1 0,95 0,69 0,88 0,0277

3 -1 1 -1 1,92 1,7 1,8 1,81 0,0122

4 -1 1 1 2,56 1,97 1,7 2,07 0,1935

5 1 1 1 1,3 1,30 1,22 1,27 0,00215

6 1 1 -1 0,84 1 0,60 0,81 0,04055

7 1 -1 -1 0,37 0,61 0,65 0,54 0,02295

8 1 -1 1 0,34 0,27 0,29 0,29 0,00145

Таблица Д.2 - Исходные данные для расчета остаточной дисперсии уравнения (2.12)

Номер эксперимента Факторы кодированные Среднее Значение функции по уравнению регрессии (2.12)

X Х2 Х3 Y У

1 -1 -1 -1 0,99 1,07399

2 -1 -1 1 0,88 0,81824

3 -1 1 -1 1,81 1,81676

4 -1 1 1 2,07 2,07251