CC BY
37
Литература
1. Дьяконов В. Simulink 4. Специальный справочник, СПб., 2002,
2. http://energy. power, bmstu.ru/mvtu/.
3. Имаев Д.Х., Ковальски 3,, Яковлев В.Б. и др. Анализ и синтез систем управления. СПб., Гданьск, Сургут, Томск, 1998,
4. Колганов А.Р., Таланов В.В, Компьютерный комплекс имитационного моделирования динамических систем: Практ. пособие. Иваново, 1997.
5. Арайс Е.А., Дмитриев В.М. Моделирование неоднородных цепей и систем на ЭВМ. М., 1982,
6. Дмитриев В.М., Шутенков A.B., Ганджа Т.В. Архитектура универсального вычислительного ядра для реализации виртуальных лабораторий II Приборы и системы. Управление, Контроль, Диагностика, 2004. № 2,
7. Фельдбаум A.A., Бутковский А.Г. Методы теории автоматического управления, М., 1971,
8. Полов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления, М., 1988.
9. Филлипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной связью. М., 2001,
10. Зайченко Т.Н. Автоматизация моделирования линейных непрерывных САУ в системе моделирования МАРС II Приборы и системы. Управление. Контроль. Диагностика. 2004. № 9.
УДК 537.533
В.А. Бурдовицин
ПРОБОЙ УСКОРЯЮЩЕГО ПРОМЕЖУТКА ПЛАЗМЕННОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОНОВ В ФОРВАКУУМНОМ ДИАПАЗОНЕ ДАВЛЕНИЙ
Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Потребность в электронных источниках, способных обеспечивать генерацию электронных пучков в предварительном вакууме (форвакууме), обусловлена возможностью распространения электроннолучевых методов обработки материалов в ранее недоступную область. Серьезным стимулом к разработке подобных источников стали сообщения о применении электронных пучков для инициирования плазмохимических реакций [1, с.
46]. Цель настоящей работы состояла в исследовании физических явлений, сопровождающих генерацию плазмы и эмиссию из нее электронов, а также формирование электронного пучка в интервале давлений газа 0,01-0,1 Тогг.
Особенность указанного диапазона давлений состоит в повышенной вероятности электрического пробоя промежутка ускорения электронов. Это обстоятельство и определило круг и задачи исследований.
Схематическое изображение источника электронов представлено на рис. 1. Эмитирующая электроны плазма образуется в разряде с полым катодом 1 и анодом 2. Ускорение электронов осуществляется в промежутке: ускоряющий электрод 3 - эмиссионное окно 4, перекрытое сеткой или диафрагмой с эмиссионными отверстиями. Электроды источника
располагаются на изоляторах 5, 6. Электронный пучок 7 улавливается коллектором и измеряется прибором, включенным в его цепь. Регистрация пробоя производилась по резкому возрастанию тока в цепи питания ускоряющего промежутка и одновременному падению напряжения на промежутке. Дополнительным признаком пробоя служило исчезновение пучка.
Рис. 1. Схема плазменного электронного источника
В. А. Бурдовщин, Пробой ускоряющего промежутка плазменного источника.
Как показали эксперименты, пробой ускоряющего промежутка может осуществляться в двух разновидностях, отличающихся как внешним проявлением, так и физическим механизмом. Один из вариантов пробоя, названный нами «плазменным», реализуется за счет проникновения плазмы через эмиссионные отверстия из разрядного промежутка в ускоряющий. Причем резкое возрастание тока фиксируется как в цепи питания разряда, так и в цепи ускоряющего промежутка. Физический механизм этого варианта пробоя подробно, обсуждается в [2, с. 48]. Второй вариант пробоя, названный «межэлектродным», происходит между эмиссионным электродом 2 и ускоряющим электродом 3 (рис. 1). Предельное напряжение, которое еще выдерживает ускоряющий промежуток, падает с увеличением эмиссионного тока (рис. 2). Визуальные наблюдения показали, что возникновению пробоя предшествует появление плазмы вблизи ускоряющего электрода (рис. 3, а), причем по мере увеличения эмиссионного тока плазменная граница сдвигается в сторону эмиссионного электрода, и на этом электроде появляются центры эмиссии. Дальнейшее повышение тока или напряжения приводит к возникновению дугового разряда, то есть к пробою.
Для количественной оценки наблюдаемых явлений и уточнения физического механизма была сформулирована модель, суть которой поясняется рис. 3, б. Электроны, эмитируемые плазмой 1, проходя через эмиссионные отверстия в электроде 2, попадают в поле ускоряющего электрода 3. Ионизация газа электронами приводит к образованию вторичной плазмы 4 в области за ускоряющим электродом. Поскольку потенциал этой плазмы близок к потенциалу
0-
о.о 0.1 ~оТг о.'з од о!з
[.А
Рис. 2. Напряжение пробоя как функция эмиссионного тока
б
Рис. 3. Фотография (а) и схематическое изображение (б) ускоряющего промежутка
ускоряющего электрода, то по мере роста ее концентрации с увеличением тока электронов плазменная граница сдвигается в сторону эмиссионного электрода, что, в свою очередь, увеличивает напряженность поля вблизи этого электрода. Учитывая плохие вакуумные условия, можно с большой вероятностью прогнозировать наличие на поверхности эмиссионного электрода диэлектрических включений, что повышает вероятность возникновения взрывоэмиссионных центров 5 с ростом напряженности поля [3]. Образование этих центров и приводит к развитию дугового разряда, т.е. к пробою. Концентрация вторичной плазмы я может быть оценена из решения простейшего уравнения баланса ионов
2 кТ„
<7 - П,
М
О
Je ' D
(1)
где Те - электронная температура плазмы,
М\ - масса иона,
о - сечение ионизации газа электронами пучка,
/е - плотность тока пучка, щ - концентрация нейтральных молекул газа,
В - характерный продольный размер плазмы, равный ее диаметру, при котором еще возможно одномерное приближение.
В допущении униполярного слоя его толщина может быть оценена по известному соотношению [4]
d =
і/ з/
є MJÄ
екТ
(2)
где II - падение потенциала на слое, равное в данном случае ускоряющему напряжению.
Задавшись значением критической напряженности поля Екр, получаем выражение для пробивного напряжения
юб. ^кр
а-п,
е
М
Понятно, что величина Еч, может быть задана лишь ориентировочно, тем не менее при Ещ = 5-104 В/см получается зависимость, неплохо согласующаяся с результатами эксперимента (рис. 2). Это дает дополнительные аргументы в пользу предлагаемого механизма пробоя.
Литература
1. Ivanov А.А., Serov А.А., Kniazev L.N., Muraviov S.V. Efficiency of Electron-Beam Energy Deposition in a Beam-Plasma Discharge. Plasma Physics Reports. 1999.V. 25. №1.
2. Бурачевский Ю.А., Бурдовицин B.A., Мытников A.B., Оке Е.М. ЖТФ. Т. 71.2001. № 2.
3. Месяц Г,А. Эктоны. Ч. 1. Екатеринбург, 1993.
4. Плазменные процессы в технологических электронных пушках / Завьялов М.А., Крейндель Ю.Е., Новиков А.А., Шантурмн Л.П. М., 1989.
УДК 631.48
A.B. Захарченко
МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НАНОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ
ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ЛЕСНЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ
Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Введение
Нанорельеф - это минимальная рефлекторная земная поверхность, которая может быть описана в терминах геоморфологии. В почвоведении эта поверхность относится к понятию «поверхность почвы». Масштаб отображения нанорельефа - 1:1 - 1:20.
Оказалось, что этот вид земной поверхности фактически не исследован, так как слишком мал для геоморфологов - это сантиметровый диапазон изменения относительных высотных
уровней колебания рельефа. Почвоведы же основное внимание сосредоточили на изучении взаимодействия почвы и микрорельефа [1]. По этому поводу сетовал Б.Г, Розанов: «Характер внешней поверхности почвы часто, к сожалению, ускользает от внимания почвоведа» [2]. Несмотря на то что это сказано более 20 лет назад, ситуация не изменилась по сегодняшний день. Обобщения относительно этого вида поверхностей отсутствуют и в зарубежной литературе, где основное внимание уделяется закономерностям взаимосвязи почвы с элементами
