CC BY
16Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 6. №9. 2020
https://www.bulletennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/58
установка применялась для обнаружения эффекта «накопления» при многократном облучении скользящим излучением лазера поверхности мишени. Отметим, что в экспериментальной установке использован неодимовый лазер с плотностью мощности q=108-1011 Вт/см2 , который собран в лабораторных условиях. Экспериментальная установка состояла в основном из следующих узлов: лазерного масс-спектрометра, твердотельной лазерной системы, универсальной мишенной камеры, вакуумной системы, регистрирующей системы и др. Принципиальная схема модернизированной экспериментальной установки скользящим падением излучения лазера на мишень приведена на Рисунке.
Рисунок. Принципиальная схема экспериментальной установки со скользящим падением излучения лазера на мишень: 1 — вакуумная камера, 2 — мишень, 3 — лазерная плазма, 4 — окно, 5 — окошки для входа луча лазера под различными углами, 6 — оптическая линза, 7 — времяпролетный анализатор, 8 — газовый лазер ЛГ-126, 9 — модулятор света, 10 — твердотельный неодимовый лазер, 11 — 50% прозрачное зеркало, 12 — плоскопараллельные пластины, 13 — ФЭК, 14 — колориметр, 15 — двухлучевой осциллограф, 16 — камера электростатического анализатора, 17 — электростатический сепаратор, 18 — щель анализатора, 19 — ВЭУ-1 А для регистрации ионов плазмы.
Для исследования особенностей формирования масс-зарядовых, энергетических спектров многозарядных ионов лазерной плазмы применялся времяпролетный анализатор, соединенный с электростатическим масс-спектрометром. При этом времяпролетный анализатор с длиной 150 см использовался для: разделения ионов по скоростям при разлете плазмы в вакуум; уменьшения плотности плазмы до 109 см-3, при которой возможен разрыв плазмы электрическим полем масс-спектрометра; уменьшения плотности ионного тока в масс-спектрометре до 10-7 А/см2 для исключения возможности влияния объемного заряда пучка ионов после разрыва плазмы на электростатическом поле масс-спектрометра. Нами модернизована вакуумная камера и лазерная система для исследования многозарядных ионов, образованных при углах падения излучения лазера а=180 и 850 на поверхность твердого тела.
В разработанной экспериментальной установке длина времяпролетного анализатора была выбрана из условия допустимого разрешения по скоростям и необходимой чувствительности детектора. Из следующего соотношения V=L/t следует, что относительная
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice https://www.bulletennauki.com
Т. 6. №9. 2020 https://doi.org/10.33619/2414-2948/58
погрешность измерения скорости AV/V = Задавая ошибку измерения не более 1%
при V= 108 см/с и точности измерения AL=10-1 см, получим для необходимого временного разрешения регистрации Л^ 10-2 L/V 10-8 с.
При переходе от времяпролетного анализатора к электростатическому масс-спектрометру находится щель Sl. Масс-спектрометр представляет собой цилиндрический конденсатор с радиальным электрическим полем, угол отклонения которого ф=1270 17', что обеспечивает фокусировку первого порядка [1]:
ф(г ) =
щ — и, . и, ■ ln г9 - щ ■ ln r
1 ln r —-
(1)
ln r / Г
ln r / Г
Эквопотенциалы этого поля представляют собой окружности, совпадающие с некоторым эквопотенциалом ио
и2 -и0 и0 -щ (2)
Г о — Г и2 и1 ■ Ги2 и1
В экспериментах применялось симметрическое питание ui=-u2=u. При uo = 0
r — Л] r ■ r
(3)
т. е. при симметричном питании радиус нулевого эквопотенциала равен среднему геометрическому радиусу цилиндров. При малых расстояниях между цилиндрами:
r0 = 1 (ri + r2 )
(4)
Определим энергию настройки анализатора. Сила, действующая на частицу, находящуюся в радиусе г, равна по величине:
\ZE\ —
Z ■ е и2 — щ
(5)
Данная сила направлена к оси цилиндров и не зависит от угла. Для того, чтобы частица, вылетающая по касательной к окружности радиуса г, двигалась по ней, должно выполняться соотношение:
mV02 Z ■ e и2 — щ
(6)
d
ln ^
Отсюда находим энергию настройки анализатора
mV02 Z ■ е(и2 —щ )
(7)
2
2 ■ ln r / r
r
r
r
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 6. №9. 2020
https://www.bulletennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/58
Для нашего разработанного анализатора п=11 см, Г2 = 9 см, d=2 см. Верхний предел энергии Е^ при электростатическом анализаторе определяется значением 2-иМ, при котором может быть приложено напряжение к пластинкам без возникновения электрических пробоев. Предельное значение напряженности поля составляет ~ 1,0 кэВ/см [1], что для нашего случая соответствует энергии однократно заряженного иона, равной 10 кэВ. Нижняя граница энергии составляет несколько эВ и определяется наличием рассеянных магнитных полей и переходной областью между магнитным полем и анализатором. Заметим, что точность определения энергии с помощью электростатических анализаторов обычно составляет 1% [1], причем в области низких энергий она ограничена магнитными возмущениями, коллимацией и конструктивными характеристиками цилиндрических электродов (краевыми электрическими и магнитными полями).
При фиксированной напряженности поля Е для таких анализаторов:
АЕ ^ (8)
Е = г
где S2 — ширина выходной щели. Отсюда видно, что при постоянной ширине щели, ширина полосы анализатора АЕ пропорциональна Е, S2=1 мм составляет Е/АЕ =100.
Разрешающая способность по массам может быть записана в виде:
/? - * - т
Кт = - _ -
т 2 А* Ат ,
где t — время пролета ионов с массой, которая еще может быть разрешена от соседней массы без учета аберраций; Аt — длительность ионного пакета вблизи детектора Аt = Аtl+Аt2+Аtз+Аt4.
Основными погрешностями, определяющими длительность ионного пакета, являются следующие: А^ обусловлен расходимостью пучка ионов при налете на ион-спектрометр; Аt2 может возникнуть из-за влияния объемного заряда; Аtз учитывает длительность лазерного импульса; А14 соответствует конечной ширине части энергетического спектра, вырезаемого диафрагмой.
В модернизированной экспериментальной установке регистрация ионов плазмы, образованной при взаимодействии излучения лазера с мишенью, производилась с помощью вторичного электронного умножителя ВЭУ-1А, принцип действия которого основан на вторичной электронной эмиссии. Для увеличения коэффициента усиления, между ВЭУ-1А и масс-спектрометром установлена вторичная мишень из СиВе (мишень совместно с ВЭУ-1А образует, так называемый, детектор Дэли [2]). Коэффициент вторичной эмиссии определяется энергией, зарядом и массой налетающего на первый динод ВЭУ или на вторичную мишень иона. Как показывают эксперименты [3-5], коэффициент вторичной эмиссии при плотности мощности лазерного излучения 1012 Вт/см2 определяется энергией, кратностью заряда и скоростью приобретенной ионами в ускоряющем поле вторичной мишени. Вторичный электронный умножитель ВЭУ-1А имеет коэффициент усиления 105, а использование вторичной мишени из СиВе с ускоряющим напряжением на ней — 10 кв позволило повысить коэффициент усиления до ~ 106.
В дальнейшем ионный сигнал лазерной плазмы с детектора ВЭУ-1А подавался на двухлучевой импульсный осциллограф С1-74, с экрана которого фиксировался на фотопленку.
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 6. №9. 2020
https://www.bulletennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/58
Синхронизация лазерного излучения с осциллографом осуществлялась с помощью коаксиального фотоэлемента ФЭК-15. В качестве фотопленки использовалась РФ-3 с чувствительностью 1000 ед.
К достоинствам описанной экспериментальной установки относятся:
-применение модернизированной экспериментальной установки для исследования взаимодействия излучения лазера с твердыми телами при различных углах падения а=180 ^ 850 луча лазера;
-высокое разрешение масс-спектрометра и добротная регистрирующая аппаратура;
-модернизованный масс-спектрометр, состоящий из времяпролетного анализатора и электростатического масс-спектрометра, позволил исследовать многозарядные ионы плазмы при различных углах падения излучения лазера, особенно при скользящем падении луча лазера.
Список литературы:
1. Беляев В. С. Механизм образования электронов высокой энергии в лазерной плазме // Квантовая электроника. 2004. Т. 34. №1. С. 41-46. https://doi.org/10.1070/QE2004v034n01ABEH002577
2. Хилд М. А., Уортон С. Микроволновая диагностика плазмы. Абакан: Атомиздат, 1968. 392 с.
3. Бедилов М. Р., Ишмуратов А. Н. О зависимости электронной эмиссии из твердых тел от кратности заряда и скорости бомбардирующих их ионов // Физика твердого тела. 1996. Т. 38. №6. С. 1649-1652.
4. Бедилов М. Р., Бейсембаева Х. Б., Сабитов М. С., Холбаев А., Султанов Ш. Д., Ишмуратов А. Н., ... Тожихонов Э. Н. Фундаментальные и прикладные аспекты многозарядных ионов и ядер лазерной плазмы // Конференция посвященная Году Физики -2005 (г. Ташкент, 27-28 сентября 2005 г.). Ташкент. 2005. C. 62-63.
5. Ишмуратов А. Н. Генерация электронов и ионов из твердых тел под воздействием многозарядных ионов и ядер лазерной плазмы: автореф. дисс. ... канд. техн. наук. М., 1987.
References:
1. Belyaev, V. S. (2004). Mechanism of high-energy electron production in a laser plasma. Quantum Electronics, 34(1), 41-46. (in Russian). https://doi.org/10.1070/qe2004v034n01abeh002577
2. Khild, M. A., & Uorton, S. (1968). Mikrovolnovaya diagnostika plazmy. Abakan, Atomizdat, 392. (in Russian).
3. Bedilov, M. R., & Ishmuratov, A. N. (1996). O zavisimosti elektronnoi emissii iz tverdykh tel ot kratnosti zaryada i skorosti bombardiruyushchikh ikh ionov. Fizika tverdogo tela, 38(6), 16491652. (in Russian).
4. Bedilov, M. R., Beisembaeva, Kh. B., Sabitov, M. S., Kholbaev, A., Sultanov, Sh. D., Ishmuratov, A. N., ... & Tozhikhonov, E. N. (2005). Fundamental'nye i prikladnye aspekty mnogozaryadnykh ionov i yader lazernoi plazmy. In Konferentsiyaposvyashchennaya Godu Fiziki -2005 (g. Tashkent, 27-28 sentyabrya 2005 g.), Tashkent. 62-63. (in Russian).
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice https://www.bulletennauki.com
Т. 6. №9. 2020 https://doi.org/10.33619/2414-2948/58
5. Ishmuratov, A. N. (1987). Generatsiya elektronov i ionov iz tverdykh tel pod vozdeistviem mnogozaryadnykh ionov i yader lazernoi plazmy: authoref. Ph.D. diss. Moscow. (in Russian).
Работа поступила в редакцию 11.08.2020 г.
Принята к публикации 17.08.2020 г.
Ссылка для цитирования:
Матназаров А. Р., Давлетов И. Ю., Жапаков А. И. Модернизированная экспериментальная установка для регистрации и исследования многозарядных ионов лазерной плазмы // Бюллетень науки и практики. 2020. Т. 6. №9. С. 198-203. https://doi.org/10.33619/2414-2948/58/19
Cite as (APA):
Matnazarov, A., Davletov, I., & Japakov, A. (2020). Upgraded Experimental Apparatus for the Detection and Investigation of Multiply Charged Ions of a Laser Plasma. Bulletin of Science and Practice, 6(9), 198-203. (in Russian). https://doi.org/10.33619/2414-2948/58/19
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 6. №9. 2020
https://www.bulletennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/58
УДК 621.315 https://doi.org/10.33619/2414-2948/58/20
ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ И ОЧИСТКА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
ЖИДКОСТИ - СЛОЖНОГО ЭФИРА ОТ ТОКОПРОВОДЯЩИХ ПРИМЕСЕЙ
©Абдуллаева М. Я., ORCID: 0000-0002-1380-1216, канд. хим. наук, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, г. Баку, Азербайджан, mayaabdullyeva@hotmail.com
THERMAL OXIDATING STABILIZATION AND CLEANING FROM CONDUCTIVE IMPURITIES OF DIELECTRIC LIQUID - ESTERS
©Abdullayeva M., ORCID: 0000-0002-1380-1216, Ph.D., Azerbaijan State University of Oil and Industry, Baku, Azerbaijan, mayaabdullayeva@hotmail.com
Аннотация. В данной работе определены основные электрофизические свойства сложного эфира — ацетоксиметил-вторгексил-о-ксилол, разработаны методы его очистки и стабилизации. Для очистки диэлектрической жидкости от токопроводящих примесей были выбраны адсорбционный метод и метод термоокислительной стабилизации. В работе исследованы электрофизические показатели сложного эфира ацетоксиметил-вторгексил-о-ксилол, а также метод его очистки с помощью оксида алюминия, а гидрирование произведено на катализаторе, представляющим собой 0,2% палладия на оксиде алюминия и стабилизация с использованием присадки НГ-2246. В результате проведенных исследований удалось получить сложный эфир с улучшенными электрофизическими показателями.
Abstract. In this work are developed the basic electrophysical properties of the ester-acetoxymethyl-sec.hexyl-o-xylene; methods for its purification and stabilization. There were chosen the adsorption method of thermo-oxidative stabilization to clean dielectric fluid from conductive impurities. As a result of The electrophysical characteristics of the acetoxymethyl-sec.hexyl-o-xylene ester, as well as the method of its purification using alumina, and hydrogenation on a catalyst representing 0.2% palladium on alumina and stabilization using additives NG-2246. As a result of the research, it was possible to obtain an ester with improved electrophysical parameters.
Ключевые слова: гидрирование, очистка, диэлектрическая жидкость, термоокислительная стабильность.
Keywords: hydrogenation, dehydration, dielectric liquid, thermo-oxidative stability.
Несмотря на то, что недостаточная гидролитическая устойчивость сложных эфиров является общепризнанным фактором [1-3], как следует из содержания Таблицы 1 [4-5], диэлектрическая жидкость ацетоксиметил-вторгексил-о-ксилол, полученная в строгом соответствии с методикой ее синтеза, является термостабильной. Однако в процессе пропитки не исключена ситуация, когда возможны небольшие отклонения от заданного технологического режима приводящие к появлению нежелательных примесей в конечном режиме. Если добавить сюда возможные нарушения правил хранения на складе или транспортировку, то реально необходимо учитывать появление таких примесей, возникающих, например, в процессах гидролиза или фотолиза диэлектрической жидкости.
