Speakers
Description
В настоящее время бурно развивается метод плазменной сепарации элементов [1]. Одной из задач, встающей на этом пути, является создание источника плазмы со 100% степенью ионизации и единичной кратностью ионов. В качестве перспективного варианта решения рассматривается диффузный вакуумно-дуговой разряд с подогреваемым катодом [2] в магнитном поле. Настоящее исследование является частью цикла, направленного на изучение свойств такого разряда на металлических и оксидных катодах (в частности на Gd и CeO2) и поиску режимов, удовлетворяющих указанным требованиям. На текущем этапе работ для определения зарядового состава плазмы разряда рассматривается совокупность диагностических методов: спектрального и зондовых – с применением зонда Ленгмюра и конденсационного зонда [3]. Данная работа посвящена адаптации метода конденсационного зонда для исследования диффузного вакуумного дугового разряда на гадолинии в магнитном поле. Принципиальная схема эксперимента представлена на рис.1, где в процессе эксперимента напряжение между катодом и анодом Uразряда изменялось от 6 до 7 вольт, а напряжение зонда Uзонда было зафиксировано на 30 В.
На основании предшествующих исследований были произведены оценки параметров плазменного потока (энергии ионов до 10 эВ, концентрация ионов порядка 1013 см–3, геометрии). И на их базе был проведен расчет нагрева конденсационного зонда, где было учтено: тепловое излучение катода, потоки частиц плазмы, энергия рекомбинации при осаждении ионов, потенциал зонда, характерные размеры.
На имеющемся прототипе конденсационного зонда были проведены исследования плазмы вакуумного дугового разряда. В экспериментах фиксировался ток разряда I = 40 А, температура катода T = 1590–1600 К, напряжение разряда менялось в диапазоне Uразряда = 6–7 В, в качестве катодного вещества плазмы был взят ¬Gd. Измеряли значения среднего заряда плазмы дугового разряда в магнитном поле и без него (рис.2).
В результате получили увеличение значения среднего заряда плазмы от 0,6e до 0,8e при увеличении магнитного поля от 0 до 0,02 Тл.
Вышеперечисленные оценки и эксперименты составили ключевую часть исходных данных, позволивших разработать усовершенствованную конструкцию конденсационного зонда, с помощью которого планируется увеличить количество измерений, доступных в течение одного эксперимента (рис.3).
Данная работа подразумевает естественное продолжение – изготовление зонда и измерение с его помощью среднего заряда в плазменном потоке при различных режимах горения вакуумной диффузной дуги в магнитном поле.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-72-10073, https://rscf.ru/project/23-72-10073/
- Лизякин Г.Д., Антонов Н.Н., Ворона Н.А., Гавриков А.В., Кисленко С.А., Кузьмичев С.Д., Мельников А.Д., Ойлер А.П., Смирнов В.П., Тимирханов Р.А., Усманов Р.А. О концепции плазменной масс-сепарации в скрещенных E × B-полях с потенциальной ямой (обзор) // Физика плазмы. - 2023. - Т. 49. - №3. - C. 278-287. doi: 10.31857/S0367292122600832
- Полищук В. П. и др. Вакуумные дуговые разряды с диффузной катодной привязкой (обзор) //Теплофизика высоких температур. – 2020. – Т. 58. – №. 4. – С. 515-535.
- Амиров Р. Х. и др. Исследование вакуумной дуги с диффузной катодной привязкой как источника плазмы для плазменной сепарации ОЯТ и РАО //Физика плазмы. – 2015. – Т. 41. – №. 10. – С. 877-883.
