CC BY
26
УДК 621.3 (075.3)
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ (ИОННЫХ) ПУЧКОВ
А. И. Шевелева1, А. Д. Дерменева2 Научный руководитель - Б. Н. Казьмин
1Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 Е-mail: 1shevelevaanna@inbox.ru, 2alena_2207@mail.ru
Определено необходимое метрологическое обеспечение технологических процессов получения электронных (ионных) пучков для достижения единства и требуемой точности измерений.
Ключевые слова: электрическая дуга, плазматрон, электронный пучок.
METROLOGICAL ENSURING TECHNOLOGICAL PROCESSES OF RECEIVING ELECTRONIC (IONIC) BUNCHES
A. I. Sheveleva1, A. D. Dermeneva2
Scientific Supervisor - B. N. Kazmin
1Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: 1shevelevaanna@inbox.ru, 2alena_2207@mail.ru
Necessary metrological ensuring technological processes of receiving electron (ionic) beams for achievement of unity and the demanded accuracy of measurements is defined.
Keywords: electric arch, plasmatron, electron beam.
Электродуговые плазмотроны (ЭДП), схема электрической цепи которого представлена на рисунке, могут обладать КПД более 50 %. Для этого необходимо, чтобы внутреннее сопротивление источника питания электрической дуги было меньше сопротивления электрической дуги в процессе ее горения.
(R, = Rd (1 -np)/Пр,
где Ri - внутреннее сопротивление источника питания; Rd - сопротивление рабочей среды между катодом «К» и анодом «А» в процессе горения электрической дуги; nр - требуемый КПД плазмотрона).
Электродуговой плазматрон в процессе ионизации рабочей среды разделяет нейтральную плазму на два потока противоположно заряженных частиц, движущихся в противоположных направлениях [1].
Катионы летят на катод ЭДП, выбивая из него вторичные электроны. Электроны и анионы устремляются к аноду ЭДП, выбивая из него вторичные катионы. Под действием анодного поля электронной пушки (ЭП) создаваемого анодами А1 и А2 на которые подаются положительные импульсы напряжения, под действием которых электроны выходят из области электрической дуги (ЭД) устремляясь к аноду А1, создающему напряженность поля в 1,5-2 раза большую, чем напряженность поля электрической дуги между анодом «А» и катодом «К» ЭДП, анионы и катионы при этом не изменяют траекторию движения, так как их масса в тысячи раз больше, чем электронов. На аноде А2 напряжение в 5-10 раз больше, чем на А1.
Поэтому, электроны ускоряясь полем А2, проходят через мембрану электронов МЭ сближаются, сжимаясь в электронный пучок, обладающий соответствующими электрическими параметрами.
Рассмотрим физико-математическую модель процесса получения электроэнергии, путем преобразования в электроэнергию энергии электронного пучка, созданного электродуговым плазматро-
Секция «Метрология, стандартизация и сертификация»
ном в скрещенном электрическом поле дуги и электронной пушки. Под действием ускоряющего напряжения анода (иа) электронной пушки, образуется пучок свободных электронов, получивших одинаковый анодный потенциал. Он направляется электрическим полем в выполненную из проводника первого рода, рабочую полость поляризующегося электрода (РППЭ), в которой действует скрещенное электрическое поле. Радиальная составляющая (Ег) этого поля, созданная двойным электрическим слоем на поверхности РППЭ, удерживает электроны в пучке, (напряженность поля в двойном электрическом слое составляет порядка 108 + 109 В/м, напряженность поля в пучке - 105 ^10б В/м). Продольная составляющая (Е,) тормозит электроны, забирая у них энергию и повышая потенциал тормозящего поля поляризующегося электрода (ПЭ) [2].
Функциональная схема электрической цепи для создания электронных пучков и получения электроэнергии: 1 - источник питания электродугового плазматрона (ИП ЭДП); 2 - блок поджига электрической дуги; 3 - электронная пушка; 4 - преобразователь энергии электронной пушки в электроэнергию; 5 - бортовая система электропитания (БСЭ); 6 - анализатор спектра колебаний СВЧ-КВЧ диапазона; 7 - счетчик
электроэнергии; 8 - измерительный комплекс К-505; 9 - вакуумметр. Я - внутреннее сопротивление преобразователя переменного тока в постоянный ток; А - амперметр, V - вольтметр, измеряющие силу тока и напряжение на электродах электродугового плазматрона; «А» - анод и «К» - катод электродугового плазматрона; А1 и А2 - аксиальные аноды электронной пушки; А1 - управляющий анод; А2 - ускоряющий (рабочий) анод; МЭ - мембрана электронов
Для метрологического обеспечения выбираем вакуумметр магнитный блокировочный ВМБ 1-2, предназначенный для измерения давления сухого воздуха или азота в диапазоне 1,0 х 10б - 1,3 х 10° Па и управления устройствами автоматики в вакуумных установках типа ВУ-1А, ВУ-1Б или им аналогичных. Для контроля вакуумметра устанавливаем вакуумную камеру. Для наблюдения и измерения относительного распределения энергии электрических колебаний в полосе частот используем анализатор спектра СВЧ-КВЧ-колебаний. Комплект измерительный К505 предусматривает замер электроэнергии потребляемой из сети и тока одновременно. С его помощью можно измерять не только силу тока, но и напряжение, а так же мощность. Благодаря тому, что комплект К505 состоит из различных устройств, которые занимаются различными типами измерений - есть возможность выполнения комплексов измерений с различными заданными параметрами [3].
Энергетическая установка позволяет отработать принципы построения электроэнергетической аппаратуры для использования в космических аппаратах, с целью снижения габаритных размеров и массы оборудования применяемого в космических летательных аппаратах, также повышение надежности. Нарушение работоспособности энергоустановки, неизбежно влечет за собой выход из строя
всего аппарата, поэтому необходимо обеспечивать точность и единство измерений параметров технологических процессов.
Библиографические ссылки
1. Трифанов И. В., Казьмин Б. Н., Рыжов Д. Р., Хоменко И. И. Принципы построения электроэнергетических и электродинамических технологий космических аппаратов : монография. Красноярск, 2015.С. 182.
2. Современные наукоемкие технологии. Вып. 4. М. : Изд. дом «Академия Естествознания».
2013.
3. Справочник по метрологии [Электронный ресурс]. URL: http://mccm--vv.narod.ru/ metrolog/metr.htm (дата обращения: 19.04.2015).
© Шевелева А. И., Дерменева А. Д., 2015
