ВИЗНАЧЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ТРІОДНИХ ЕЛЕКТРОННИХ ГАРМАТ ВИСОКОВОЛЬТНОГО ТЛІЮЧОГО РОЗРЯДУ ІЗ ПЛОСКИМ ДОПОМІЖНИМ ЕЛЕКТРОДОМ
DOI:
https://doi.org/10.32782/2618-0340-2018-2-96-104Ключові слова:
високовольтний тліючий розряд, анодна плазма, тріодна електродна система, плоский електрод, одновимірна модельАнотація
У статі описується математична модель тріодних електродних систем високовольтного тліючого розряду із плоским допоміжним електродом. Такі електронні гармати знаходять широке впровадження у промисловості для виконання технологічних операцій зварювання, паяння, відпалювання виробів, нанесення композитних керамічних покриттів та для переплавлення тугоплавких металів з метою їх очищення від шкідливих домішок. Запропонована математична модель базується на визначенні положення плазмової межі через аналітичне розв’язування кубічного рівняння з використанням формул Кордано з урахуванням реальної геометрії електродів. Задача пошуку положення плазмової межі в електродній системі високовольтного тліючого розряду вирішується через розв’язок рівняння балаансу заряджених часток у розрядному проміжку. Спочатку задача визначення положення плазмової межі відносно катода була розв’язана для аксиально-симетричної системи із лінійною геометрією електродів. У статті розглянута структурна схема такої електродної системи та визначені базові параметри сформованої математичної моделі. Після цього, також через аналітичне розв’язування кубічного рівняння з використанням формул Кордано, отримана формула для перерахунку положення плазмової межі з одномірної системи до системи із конусним анодом. У статті також отримані формули для разрахунку енергетичної ефективності тріодної електронної гармати із конусним анодом та пламтинчатим електродом. Наведені та проаналізовані результати розрахунку енергетичної ефективності реальної електронної гармати. Розрахункові результати порівнюються з експериментальними даними. Всі експерименти були проведені в лабораторії електронно-променевих технологічних пристроїв Національного технічного університета України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Отримана точність розрахунків, порівняно із експериментальними даними, складає біля 10 – 15%. Отримані в статті наукові результати є вкрай цікавими та важливими для науковців та інженерів, які займаються розробкою електронно-променевого технологічного обладнання та його впровадженням у сучасне виробництво.
Посилання
Denbnovetsky, S. V., Melnyk, V. G., & Melnyk, I. V. (2003) High Voltage Glow Discharge Electron Sources And Possibilities of Its Application in Industry for Realising of Different Technological Operations. IEEE Transactions on plasma science, 31, 5, October, 987-993.
Denbnovetsky, S. V., Melnyk, V. G., & Melnyk, I. V. (1997) Model of Beam Formation in a Glow Discharge Electron Gun with a Cold Cathode. Applied Surface Science, 111, 288-294.
Novikov, A. A. (1983) Istochniki elektronov vysokovoltnogo tleyuschego razryada s anodnoy plasmoy [High Voltage Glow Discharge Electron Sources with Anode Plasma]. Moscow: Energoatomizdat. (Published in Russian language).
Grechanyuk, M. I., Melnyk, A. G., Grechanyuk, I. M., Melnyk, V. G., & Kovalchuk, D. V. (2014) Modern Electron Beam Technologies and Equipment for Melting and Physical Vapor Deposition of Different Materials. Elektrotechnica and Electronica (E+E), 49, 5-6, 115-121.
Mattausch, G., Zimmermann, B., Fietzke, F., Heinss, J. P., Graffel, B., Winkler, F., Roegner, F. H., & Metzner C. (2014) Gas Discharge Electron Sources – Proven and Novel Tools for Thin-Film Technologies. Elektrotechnica and Electronica (E+E), 49, 5-6, 183-195.
Ladokhin, S. V., Levitskiy, N. I., & Chernyavsky, V. B. at al. (2007) Elektronnoluchevaya plavka v liteynom proizvodstve [Electron-Beam Melting in Foundry]. Kiev: Stal.
Denbnovetsky, S. V., Melnyk, V. I., Melnyk, I. V., Tugay, B. A. (2002) Model of Control of Glow Discharge Electron Gun Current for Microelectronics Production Applications. Proceedings of the Sixth International Conference on Material Science and Material Properties for Infrared Optoelectronics (Ukraine, Kyiv, May 22-24, 2002), Kyiv: SPIE, 5065, pp. 64-76.
Melnyk, I. V., & Tuhai, S. B. (2012) Modelirovanie Geometrii Granitsy Anodnoy Plasmy v Triodnyh Istochnikah Elektronov Vysokovoltnogo Tleyuschego Razryada [Simulation of Geometry of Anode Plasma Boundary in Triode High Voltage Glow Discharge Electrodes Systems]. Elektronnoe Modelirovanie, 34, 1, 15-28. (Published in Russian Language).
Melnyk, I. V., & Tuhai, S. B. (2012) Analiticheskiy Raschet Polozheniya Granitsy Anоdnoy Plasmy v Vysokovoltnom Rozryadnom Promezhutke pri Zazheganii Vspomogatelnogo Razryada’ [Analytical Calculation of Anode Plasma Boundary Position in a High Voltage Glow Discharge Gap with Lighting of Additional Discharge]. Izvestiya Vuzov. Radioelectronika, 55, 11, pp. 50 – 59. (Published in Russian Language).
Rykalin, N. N., Zuev, I. V., & Uglov, A. A. (1978) Osnovy elektronno-luchevoi obrabotki materialov [Foundation of Electron-Beam Treatment of Materials]. Moscow: Mashinostoenie, (Published in Russian language).
Denbnovetsky, S. V., Melnyk, V. I., Melnyk, I. V., Tugay, B.A. (1998) Investigation of forming of electron beam in glow discharge electron guns with additional electrode. Proceedings of the XVIII-th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. (Netherlands, Eindhoven, August 17-21, 1998), 2, pp. 637-640. DOI: 10.1109/DEIV.1998.738530
Melnyk, I. V., Cytrnyatynskiy, I. S., & Piasetska, N. I. (2016) Iteratively methodic of simulation of triode high voltage glow discharge electrodes systems with taking into account the temperature and mobility of slow electrons in anode plasma. Bulletin of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Radio Physics and Electronics. 1 (24), pp. 30-34.
