Анотація до роботи:

Афанас’єв В.І. Електромагнітне випромінювання та тепловий вплив високопервеансних електронних потоків . – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.04. – фізична електроніка. – Інститут радіофізики та електроніки ім. А.Я. Усікова НАН України, Харків, 2002.

Дисертація присвячена питанням формування, фокусування, керування, дослідженням динаміки руху та вивченню процесів взаємодії з періодичними структурами і матеріалами мішені високопервеансних електронних потоків, які мають великий просторовий заряд і формуються триелектродними гарматами. Для дослідження цих процесів використані відомі в фізиці електронних потоків та розроблені нові активні діагностичні методи. В дисертаційній роботі дослідження особливости процесів формування високопервеансних електронних потоків з повздовжньою компресією просторового заряду виконані з використанням числових розрахунків і моделювання електронних гармат, в яких враховано вплив конструктивних особливостей та стабілізації теплових режимів. На основі цих досліджень побудовані електронні гармати потужністью від 0,5 до 150 кВт і макети НВЧ приладів сантиметрового та міліметрового діапазонів, які працюють в монохроматичному та широкосмуговому діапазонах і мають підвищені характеристики. Дослідження процесів керування такими електронними потоками в динаміці руху та взаємодії з металами дозволило підвищити ефективність ряду технологічних процесів: вимірювання деформації металів при тепловому напруженні під дією електронного променя, підвищення розрізнювальної спроможності в рентгенівській літографії, використання м’якого рентгенівського випромінювання для підвищення розрізнювальної спроможності в рентгенівському спектроаналізаторі, вимірювання діаметру

15

променя на мішені і дослідження процесів взаємодії електронного променя з металом, наплавлення металів, очистки металів при крапельному переплаві, напилення та зварювання металів, підвищення корисної дії електронного променя за рахунок подавлення пучково-плазмових коливань та утриманням електронного потоку.

Ключові слова: електронний потік, дослідження, взаємодія, періодична структура, характеристика, ефект, електронна гармата, плазмові коливання, мішень, генератор, просторовий заряд.

У дисертаційній роботі наведено розв’язання наукової проблеми формування та управління високопервеансними електронними потоками з поздовжньою компресією електронного потоку. Експериментальні дослідження цих явищ, які містять формування і динаміку руху електронних потоків дозволили вирішити задачі збудження хаотичних коливань в НВЧ генераторах, вимірювання деформацій та подавлення плазмових коливань в зоні дії електронного променя і вирішити ряд технологічних задач направлених на підвищення їх ефективності.

Основні наукові висновки дисертаційної роботи:

1.Триелектродні гармати являють собою збираючий імерсійний об’єктив, який дозволяє керувати фокусуючою відстанню і направляти сфокусований електронний потік в задану точку взаємодії шляхом вибору потенціалів електродів.

2. Розподіл густини току в перерізі суцільного електронного потоку описується гаусовою кривою, відхилення від гаусового росподілу спостерігається при підвищенні тиску в вакуумній камері більше 10^-2 Па і зниженні робочого потенціалу електронного потоку нижче 1 кВ. При русі

12

електронного потоку з потенціалом від 0,7 до 2 кВ на відстані 50мм від виходу із гармати спостерігається точка перегину після якої спостерігається зменшення кута розходження променя. Побудована електронно-оптична система, яка забезпечує питому потужність електронного потоку на мішені 10^-5 – 10^-6 Вт/см² після відхилення його секторним магнітним полем і фокусуванням магнітною лінзою при потенціалі променя 1 – 2 кВ з уловлюванням до 98 % електронного потоку на мішені та в колекторі відбитих електронів. Побудована малогабаритна електронно-оптична система, яка забезпечує одночасне відхилення і фокусування електронного променя з питомою потужністю 10⁵ - 10⁶ Вт/см.

3. Проведено аналіз поведінки електронних потоків з поздовжньою компресією просторового заряду при первеансах більших ніж 310А/В з застосуванням методів математичного моделювання і експериментального дослідження, на основі яких створені електронні гармати потужністю від 0,5 до 150 кВт з густиною току до 30 А/смі коефіцієнтом токопрохождення більш ніж 99,5 %, які охолоджуються водою, та гармата потужністю 1,2 кВ, що охолоджується тепловим випромінюванням корпуса.

4. На основі триелектродної гармати створена рентгенівська трубка м’якого рентгенівського випромінювання для рентгенівської літографії. Для використання в рентгенівському спектральному аналізі побудована розбірна рентгенівська трубка, яка дозволяє міняти довжину хвилі м’якого рентгенівського випромінювання від 3 Адо 50 А. Розроблено метод визначення діаметра електронного променя на мішені за допомогою фотографування його м’якого випромінювання на рентгенівську плівку.

5. Створено макет ЛЗХО, який генерує монохроматичне випромінювання сантиметрового діапазону при густинах току 3 - 6 А/см, який збуджується в слабких магнітних полях соленоїда В = 0,014 Т високопервеансним електронним потоком при цьому ширина спектральної лінії генеруємих коливань не перевищую 50 КГц.

6. Експериментально досліджено можливість формування високопервеансних електронних потоків з значним розкидом поздовжніх швидкостей, показано можливість збудження такими потоками хаотичних коливань в ЛЗХО восьмиміліметрового діапазону.

7. В постійному магнітному полі підвищення первеансу до (6 – 7)10 А/В веде до зниження питомої потужності, яка діє на мішень, а при подальшому підвищенні первеансу питома потужність знову зростає. Взаємодія електронного потоку з матеріалом мішені при фокусуванні магнітним полем збуджує плазмові коливання частота яких залежить від енергії електронів, питомої потужності і індукції фокусуючого магнітного поля. Прикладення позитивної напруги на мішень 800 В при індукції магнітного поля менше 0,04 Т дозволяє подавити плазмові коливання і уловлювати на мішені до 96 % електронного току, а при індукції магнітного поля більше 0,06 Т плазмові коливання подавити не вдається.

13

8. Створена триелектродна електронна гармата потужністю 150 кВт та розроблені методи керування питомою потужністю і глибиною нагрівання мишені були використані і випробувані в стенді для дослідження теплонапружених об’єктів з плавним регулюванням та контролюванням теплового режиму тепловізором. Це дало можливість вимірювати голографічними та інтерферометричними методами теплові напруження і деформації, які виникають під впливом теплового навантаження.

Публікації автора:

1. Афанасьев В.И. Трехэлектродная электронная пушка с мощностью луча 1,2 кВт, охлаждаемая тепловым излучением корпуса // Приборы и техника эксперимента.1994. - № 2. - С. 167-169.

2. Афанасьев В.И., Лукин К.А., Ракитянский В.А. Возбуждение хаотических колебаний в ЛОВО неламинарными электронными потоками // Радиофизика и электроника НАН Украины, Харьков. - 1997. - Т.2. - №1. - С.115-116.

3. Зинченко Н.С., Афанасьев В.И., Зайцев Г.Д., Соколова В.А., Хорошайло Н.Е. Высокопервеансные электронные пушки с вакуумноплотным металлокерамическим корпусом // Приборы и техника эксперимента. - 1985.-№1.- С. 137-139.

4. Зинченко Н.С., Афанасьев В.И.Соколова В.А., Тимашов В.А., Василюк М.П., Клюев К.Н.., Чайка Н.В. Исследование электронной пушки с продолной компрессией при низком вакууме // Радиотехника и электроника. - 1986. - Т.31. - Вып.1. - С.135 - 139.

5. Ажажа В.М., Афанасьев В.И., Вьюгов П.Н., Гоменюк В.С., Зинченко Н.С., Лавриненко С.Д.,Пилипенко Н.Н. Применение высокопервеансной пушки для переплава металлов // Вопросы атомной науки и техники. - Серия: Общая и ядерная физика. - Вып. 1(7). - 1987. - С.53-55.

6. Зинченко Н.С.. Афанасьев В.И., Соколова В.А. Модернизация установки вакуумного напыления УРМ 3.279.011 на основе применения низковольтного (высокопервеансного) испарительного устройства // Электронная техника. - сер.7.- Технология, процессы, оборудование и материалы. - 1987 Вып.3. - С.11 - 15.

7. Зинченко Н.С., Афанасьев В.И., Глуцюк И.М., Хорошайло Н.Е., Соколова В.А. Применение клея ВТ - 25 - 200 при изготовлении корпусов электронных пушек // Приборы и техника эксперимента. - 1983. - № 3. - С. 203 -204.

8. Стенд для испытания теплонапряженных объектов: Полож. Реш. Гос. Науч. - тех. Экспертизы Российской Федерации изобрет. от 30.03.92, МКИ кл. H 02 J 48/3 / В.В. Аполлонов, В.И. Афанасьев, К.А. Лукин, И.Г. Однороженко, В.Б. Пицын, А.М. Прохоров, Е.В. Чесноков. - №4909312/28; Заявлено 9.08.91.

9. Электронно-лучевое испарительное устройство: Реш. Российского патентного ведомства от 11.09.92 о выдаче патента. МКИ 5 H01 J 37/2. / B.И. Афанасьев, К.А. Лукин (Украина). - № 5007364/21 (063845) Заявлено 25.06.91.

10. Зондовая головка А.с. 843325 СССР, МКИ Н 05 К 1/11. /. Афанасьев В.И Борщев В.Н., Гилецкий Н.П. (УССР) № 2771833/18 - 21; Заявлено 29.05.79;

14

Опубл. 30.06.81, Бюл. № 24. - 2с.

11. Afanas`ev V.I. Triode gun genereiting a 1,2kW beam and cooled by surface radiation // Instrument end Experimental Techniques. 1994. - Vol. 37. - №.2. - Part 2.- pp. 238 - 239.

12. Afanas’ev V.I., Lukin K.A., Rakitynsky V.A. Excitation of Chaotic Oscillations in BWO by Means of Turbulent Electron Flows // Telecommunications and Radio Engineering. – 1997. Vol.51, № 6-7.- P. 148 – 152.

13. Афанасьев В.И., Лукин К.А. Трехэлектродная электронная пушка с мощностью луча 100 кВт // Труды 9-го симпозиума по сильноточной электронике. - Екатеринбург. - Россия. - 1992. - С. 108-109.

14. Afanas`ev V.I. Influence of the space charge of the electron flow on the specific power usedforce on the target // Physics in Ukraine International Conf.. - Kiev (Ukraine). – 1993. – P. 11-14.

15. Afanas’ev V.I. Chaotic waveform generator using a turbulent electron beam // Fourth International Kharkov Symposium “Physics and Engineering of Millimeter and SubMillimeter Waves”. – Kharkov (Ukraine) - 2001.- P. 562 – 564.