​Группа ученых из Института сильноточной электроники СО РАН впервые продемонстрировала возможность управления мощностью электронного пучка в течение его импульса, генерируемого источником электронов с плазменным катодом. Полученные результаты имеют важное прикладное значение для модификации поверхности различных металлических материалов и изделий, они уже частично представлены в статье в журнале второго квартиля Vacuum.  

«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 сотрудник Института сильноточной электроники СО РАН (Томск) кандидат технических наук 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. 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 мы 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 Максим Воробьев. ​

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 килограммов. 

Проект № 20-79-10015 «Научные основы генерации мегаваттных амплитудно- и широтномодулированных электронных пучков субмиллисекундной длительности на основе источника с плазменным катодом для эффективной модификации поверхности металлов и сплавов» поддержан грантом РНФ в 2020 году. 

Текст, фото: Ольга Булгакова, Томский научный центр СО РАН. 

Источник: www.sbras.info




Похожие новости

  • 28/05/2021

    "На острие науки": томские учёные проводят открытые лекции для всей страны

     Ученые Томского госуниверситета (ТГУ) участвуют во всероссийской акции "На острие науки" и рассказывают о своих исследованиях простым языком в формате открытых офлайн- и онлайн-лекций.
    1848
  • 30/12/2020

    Ученые предложили использовать эксимерные лампы для борьбы с COVID-19

    Ученые ТГУ и Института сильноточной электроники СО РАН (ИСЭ СО РАН) представили результаты почти 20-летнего исследования, которое доказывает, что разработанные в Томске эксилампы способны инактивировать бактерии и вирусы, это актуально во время распространения новой коронавирусной инфекции.
    1794
  • 30/12/2020

    Топ-30 разработок сибирских ученых в 2020 году

    ​На портале «Новости сибирской науки» можно познакомиться с инновациями и последними достижениями сибирских ученых. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию Топ-30 сообщений о наиболее значимых и интересных научных разработках 2020 года, размещенных на нашем сайте.
    6532
  • 19/04/2021

    Томские ученые синтезировали сплав с троекратным запасом износостойкости

    Ученым лаборатории перспективных технологий Томского научного центра СО РАН удалось создать технологию, позволяющую в едином вакуумном цикле синтезировать поверхностный сплав «никель-алюминий», износостойкость которого почти в три раза выше по сравнению с исходной стальной подложкой.
    388
  • 09/01/2020

    Ученые удвоят ресурс моторов из алюминия

    ​За счет новой технологии обработки сплавов срок эксплуатации легких алюминиевых двигателей увеличится и станет таким же, как у наиболее распространенных чугунных. Это приведет к улучшению динамики и экономичности массовых моделей автомобилей.
    938
  • 18/06/2020

    Цитируемые ученые ТПУ: ториевый реактор, циркониевая керамика и скаффолды, покрытые пленкой оксида графена

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за май. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 38, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 4,507.
    1132
  • 02/03/2020

    В России придумали, как управлять свойствами керамики

    ​Неизвестный ранее физический эффект, существенно повышающий возможности управления свойствами керамики, обнаружен учеными Томского политехнического университета (ТПУ). Результаты исследования могут быть использованы для разработки новых видов керамики с улучшенными эксплуатационными свойствами, считают его авторы.
    1118
  • 18/03/2021

    Учёные расширят перечень пригодных для 3D-печати материалов

    Ученые Томского государственного университета и ИФПМ СО РАН предложили новый способ 3D-принтинга, который позволяет использовать ранее недоступные для этого материалы: металлы, металлокерамику и даже высокоэнергетические материалы.
    1155
  • 30/11/2016

    Ученые ТПУ и СО РАН создают модифицированные металлы для строительства космических аппаратов

    ​Ученые Томского политехнического университета и Института сильноточной электроники СО РАН разработали метод нанесения на металлы износостойких покрытий с их последующим вплавлением в подложку. Такие модифицированные материалы, благодаря сочетанию легкости, коррозийной стойкости и прочности, могут использоваться в машиностроении, авиа- и космостроении.
    3113
  • 01/03/2018

    Томские физики создали миниатюрные голубые струи и красные спрайты

    ​Сотрудники Института сильноточной электроники СО РАН описали открытое и воспроизведенное ими в лабораторных условиях явление апокампа — формирование голубых и красных струй плазмы, возникающих на изгибе канала импульсно-периодического электрического разряда в различных газах.
    1878