Анотація до роботи:

Середа І.М. Особливості використання зворотних сорбентів водню в

плазмових джерелах позитивних і негативних іонів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за фахом 01.04.08 – фізика плазми. – Харківський національний університет

імені В.Н. Каразіна, Харків, 2006.

Дисертація присвячена експериментальному дослідженню особливостей роботи металогідридних електродів у відбивному розряді, а також можливості застосування таких катодів у плазмових джерелах іонів водню з метою підвищення ефективності їхньої роботи. Досліджено вплив ступеня насиченості воднем металогідридного катоду на розрядні характеристики й параметри плазми відбивного розряду. Вивчено особливості роботи порожнистого металогідридного катоду у відбивному розряді. Встановлено, що збудження ефекту металогідридного порожнистого катоду відбувається при менших розрядних напругах, ніж мідного. Експериментально досліджена фізична модель джерела позитивних іонів водню з металогідридними плоским та порожнистим катодами. Виявлені принципово нові методи керування функцією розподілу за енергіями іонних пучків, що генеруються. Виявлено особливості механізмів утворення негативних іонів водню в об'ємі відбивного розряду з металогідридним катодом.

У дисертаційній роботі розглянуті наступні питання: вплив металогідридних плоского і порожнистого катодів на характеристики відбивного розряду, а також виявлення впливу плазми розряду на газоемісійні властивості таких електродів; можливість застосування металогідридів в якості катодів плазмових джерел позитивних іонів водню і знаходження методів керування енергетичними спектрами пучків іонів, що витягаються; особливості механізмів утворення негативних іонів водню в плазмі відбивного розряду з металогідридними катодами.

Основні результати досліджень полягають у наступному:

1. Показано, що зі збільшенням початкової насиченості воднем металогідридного катоду відбувається збільшення напруги, яка необхідна для підтримки горіння розряду, в порівнянні з розрядом, катоди якого не містять гідридних фаз. Це пов’язано з тим, що коефіцієнт вторинної іон-електронної емісії металогідриду нижчий й залежить від ступеня його насиченості воднем, а також із процесами дисоціативного прилипання повільних електронів до молекул водню, що десорбуються з металогідридного катоду в коливально-збудженому стані. Це призводить до зниження концентрації електронів й ускладнює розвиток електронних лавин.

2. Експериментально встановлено збільшення на порядок величини густини плазми на осі газорозрядного проміжку поблизу насиченого воднем металогідридного катоду. Цей факт пояснюється локальним збільшенням концентрації молекул водню, що десорбуються з поверхні металогідриду під впливом іонного бомбардування. Густина плазми на осі у випадку повністю

насиченого металогідриду становить 210¹⁰ см^-3.

3. Встановлено, що перехід до режиму металогідридного порожнистого катоду відбувається при менших напругах, ніж у випадку використання мідного порожнистого катоду. Показано, що шляхом варіювання потенціалами на секціях такого катоду вдається ефективно керувати як напругою, при якій відбувається перехід до режиму порожнистого катода, так і проникненням плазми в порожнину.

4. Експериментально виявлені принципово нові можливості керування функцією розподілу за енергіями іонних пучків, що генеруються. Встановлено, що у випадку застосування насиченого воднем плоского металогідридного катоду енергія іонів, що витягуються із розряду, істотно менше, ніж при використанні катоду, виготовленого з матеріалу, який не містить гідридних фаз.

5. Показана можливість керування функцією розподілу іонів, що витягуються із такого розряду з металогідридним порожнистим катодом, шляхом подавання негативного зміщення на металогідридний порожнистий катод. При цьому найбільш імовірна енергія іонів, що витягуються із розряду, зміщується в більш низько-енергетичну область в зрівнянні з eU_a, де U_a – потенціал аноду.

6. Показано, що внутрішній напуск водню з металогідридного катоду, за рахунок його десорбції з поверхні катоду під впливом іонного бомбардування, призводить до значного збільшення виходу негативних іонів водню в порівнянні із зовнішнім напуском. Встановлено, що швидкість утворення негативних іонів у відбивному розряді при використанні водню, що десорбується тільки за рахунок його термічної десорбції з металогідридного катоду, мала.

7. Показано, що вихід негативних іонів зростає пропорційно енергії, що передається металогідридному катоду частинками, які бомбардують його поверхню.

Публікації автора:

1. Borisko V.N., Rudaya I.A., Sereda I.N. Peculiarities of applying reversible hydrogen getters as materials for cathodes in gas discharges devices. // Problems of Atomic Science and Technology, series: “plasma physics”. –2000. –V. 1. –P.

82 – 85.

2. Borisko V.N., Borisko S.V., Klochko Ye.V., Ryabchikov D.L., Sereda I.N. Investigation of emission characteristics of H^– ion source on the basis of reflective discharge with metal-hydride cathode. // The Journal of Kharkiv National University № 569, physical series “Nuclei, Particles, Fields”. –2002. –issue 3 /19. –P. 91 – 93.

3. Borisko V.N., Klochko Ye.V., Sereda I.N. Influence of saturation degree of metal-hydride cathode on characteristics of Penning type ion source of hydrogen. // Problems of Atomic Science and Technology, series: “plasma electronics and new acceleration methods”. –2003. –V. 3. –P. 217 – 220.

4. Borisko V.N., Zinov’ev D.V., Klochko Ye.V., Sereda I.N., Tseluyko A.F. Investigation of reflecting discharge with the sectioned metal-hydride hollow cathode. // Problems of Atomic Science and Technology, series: “plasma physics”. –2005. –V. 1(10). –P. 95 – 97.

5. Borisko V.N., Borisko S.V., Chebotarev V.V., Garkusha I.Ye., Klochko E.V., Lototsky N.M., Maslov V.I., Sereda I.N., Tereshin V.I., Zinov’ev D.V. Experimental Simulation of Hydrogen Recycling at Plasma-Facing Metal-Hydride in Fusion Reactors. // Physica Scripta. –2003. –V. T103. –P. 93 – 96.

6. Borisko V.N., Rudaya I.A., Sereda I.N. The Influence of the Cathode from Metal-Hydride on the Characteristics of the Reflecting Discharge. // XXV ICPIG International Conference on Phenomena in Ionized Gases. –2001. -Nagoya, Japan. –V. 1. -P. 211 – 212.

7. Borisko V.N., Borisko S.V., Lapshin V.I., Maslov V.I., Klochko Ye.V., Ryabchikov D.L., Sereda I.N. Investigation of emission characteristics of H^– ion source on the basis of reflective discharge with metal-hydride cathode. // 29th EPS Conference on Plasma Phys. and Contr. Fusion. –2002. Montreux, Switzerland. –V. 26B. –P. 2.036.

8. Borisko V.N., Borisko S.V., Chebotarev V.V., Garkusha I.Ye., Klochko E.V., Maslov V.I., Sereda I.N., Tereshin V.I., Zinov’ev D.V. Hydrogen recycling at plasma-facing metal-hydride in fusion reactors. // Int. workshop on “Hydrogen Isotopes in Fusion Reactor Material”. –2002. –Tokyo, Japan.

9. Borisko V.N., Borisko S.V., Klochko Ye.V., Sereda I.N. Application of getter metal-hydride sorbents of hydrogen in plasma source of hydrogen ions. // XVII Международный семинар по ускорителям заряженных частиц. –2003. –Алушта, Крым. -С. 137 – 138.

10. Borisko V.N., Sereda I.N., Zinov’ev D.V., Klochko Ye.V., Tseluyko A.F. Investigation of reflecting discharge with the sectioned metal-hydride hollow cathode. // 10th International conference and Plasma Physics and Controlled Fusion. –2004. –Alushta (Crimea), Ukraine.

11. Borisko V.N., Klochko Ye.V., Lototsky N.M., Rudaya I.A., Sereda I.N., Zinov’ev D.V. Application of Zr-V hydrogen getters in vacuum-plasma devices: II. Ion-stimulated hydrogen desorption from the MH elements and its influence on the characteristics of hydrogen plasma. // Int. Symp. On MH system. Fundamentals and applications. –2004. –Krakov, Poland. –P. 79.

12. Borisko V.N., Klochko Ye.V., Lapshin V.I., Sereda I.N. Peculiarities Of Sectioned Metal-hydride Hollow Cathode Applying In Penning Discharge. // Int. Conf. PLASMA-2005. –2005. –Opole-Turawa, Poland. –P. 96.

13. Borisko V.N., Klochko Ye.V., Sereda I.N., Tselujko A.F., Zinov’ev D.V.

Influence Of Metal-hydride Hollow Cathode On Energy Distribution Function Of Ions Extracted From H⁺ Plasma Source. // IX Int. Conf. of Hydrogen Materials Science. –2005. –Sevastopol (Crimea), Ukraine. –P. 192 – 193.