Новости

12 августа, 2021 17:01

Достичь цели одним импульсом

Группа ученых из Института сильноточной электроники СО РАН под руководством старшего научного сотрудника Максима Воробьева впервые продемонстрировала возможность управления мощностью электронного пучка в течение его импульса, генерируемого источником электронов с плазменным катодом. В 2020 году эти работы получили поддержку Российского научного фонда (проект № 20-79-10015 «Научные основы генерации мегаваттных амплитудно- и широтно- модулированных электронных пучков субмиллисекундной длительности на основе источника с плазменным катодом для эффективной модификации поверхности металлов и сплавов»). Полученные результаты имеют важное прикладное значение для модификации поверхности различных металлических материалов и изделий, они уже частично представлены в статье «Electron beam generation in an arc plasma source with an auxiliary anode plasma», которая вышла в журнале второго квартиля Vacuum.
Максим Воробьев. Источник: Пресс-служба Томского научного центра СО РАН

— Специфика проектов РНФ заключается в том, что наряду с решением значимой фундаментальной проблемы они позволяют обеспечить в будущем развитие перспективных технологий. Модификация поверхностей различных материалов, в том числе металлов, переживает сейчас настоящий бум во всем мире, ведь она позволяет снизить шероховатость, повысить прочность и коррозийную стойкость поверхности изделия,  тем самым, увеличить время эксплуатации детали в целом, — рассказывает руководитель проекта Максим Сергеевич Воробьев. — Основой любой технологии, в том числе направленной на модификацию поверхности материалов, является стабильность ее работы, повторяемость результатов, а также способность обеспечить однородную обработку крупногабаритного изделия или крупной партии деталей.

Однако многие источники электронов не могут обеспечить повторяемость характеристик обрабатываемых изделий, и это является существенной сложностью на пути создания новых технологий модификации поверхностей. Поэтому одна из актуальных задач, стоящих перед учеными,  - найти такой источник, который сможет успешно преодолеть этот барьер. 

К числу   эффективных источников электронов относятся  источники с плазменными катодами. В ходе реализации проекта исследователи комплексно изучают специфику источников такого типа на всех этапах их работы – от формирования плазмы и генерации электронного пучка до взаимодействия этого пучка с «мишенью» – поверхностью обрабатываемого изделия. Именно поэтому этот проект носит междисциплинарный характер, поскольку он затрагивает две области знаний – процессы генерации электронных пучков из плазменных образований и материаловедение. Кроме этого, ученым приходится разрабатывать новые специальные системы электропитания, которые невозможно приобрести на мировом рынке.  

 Новизна нашей работы заключается в том, что  научились управлять мощностью электронного пучка прямо во время его импульса: это  позволяет управлять скоростью ввода энергии в поверхность обрабатываемого изделия. Во-первых, такой подход невозможен без стабильной работы источника электронов, чему мы уделяем пристальное внимание во всех своих экспериментах, а во-вторых, это позволяет расширить предельные параметры генерируемого электронного пучка, а, следовательно, расширить область применения такого пучка в области материаловедения, — отметил М.С. Воробьев.

Все испытания образцов проводятся на уникальной установке «Комплекс», созданной в ИСЭ СО РАН в рамках реализации гранта РНФ в 2014-2018 годах под руководством профессора Николая Коваля, который является научным консультантом и одним из основных исполнителей нынешнего проекта РНФ. Всего же в команде 8 ученых – это специалисты в области физики плазмы и материаловедения, а поскольку проект молодежный, то 7 из них в возрасте до 39 лет.

Исследователи обнаружили одно из важнейших преимуществ источников с плазменными катодами, которое может лечь в основу перспективной, экономически выгодной технологии. Как показали результаты экспериментов, новый подход к генерации электронного пучка обладает большей энергетической эффективностью. Это связано с тем, что новые режимы генерации пучка позволят осуществлять обработку поверхности какой-либо обрабатываемой металлической детали или изделия одним импульсом.  При этом  не требуется производить предварительный нагрев детали, масса которой может достигать десятков и сотен килограмм. 

«Мы стремимся достичь цели одним импульсом!» — закончил М.С. Воробьёв.

Справка: Максим Воробьев является руководителем уже второго гранта РНФ, ранее он возглавлял работу над десятком других проектов (гранты РФФИ, Президентский грант, хоздоговорная деятельность. Молодой ученый считает, что участие в проектах РНФ  - это прекрасная школа для развития исследователя, который  учится не только заполнять заявки на гранты, но и формировать команды для их выполнения, получать новые знания и научные результаты, которые будут представлены в будущих кандидатских и докторских диссертациях. 



3 декабря, 2021
Новосибирские ученые работают над мощными и долговечными аккумуляторами
Литий-ионные аккумуляторы ─ один из «китов» современной цивилизации. Они встроены в компьютеры, быто...
29 ноября, 2021
Географы МГУ обнаружили одинаковый химический состав двух типов почв, пригодных и токсичных для многих сельхозкультур
Благоприятные для растениеводства каштановые почвы и токсичные для многих культур солонцы имеют один...