Описание имитационного стенда
Стенд имитационных испытаний предназначен для тестирования методик измерения параметров плазменно-пучкового разряда при исследовании взаимодействия плазмы с поверхностью материалов, для проведения испытаний диагностического оборудования, а также для развития существующих и разработки новых методов моделирования нагрузок на конструкционные материалы.
Основными элементами ППУ являются электронно-лучевая пушка, камера плазменно-пучкового разряда, камера откачки ЭЛП, вакуумная камера взаимодействия, электромагнитные катушки, мишенное устройство, шлюзовое устройство и камера загрузки. Общий вид и характеристики имитационного стенда с плазменно-пучковой установкой показан на рисунке 1.
| Параметры пучка | Значение |
| Плотность теплового потока, кВт/см2 | 0 – 400 |
| Электронная температура, эВ | 0 – 15 |
| Диаметр пучка, мм | 3 – 30 |
| Величина тока в плазме, мА | 0 – 1000 |
| Напряженность магнитного поля, Тл | 0,1 |
| Плотность плазмы в пучке, 1/м3 | до 1017 |
Рисунок 1 – Общий вид и характеристики имитационного стенда с плазменно-пучковой установкой
Плазменно-пучковая установка спроектирована для получения следующих параметров плазменного потока:
- диаметр плазменного потока перед мишенью – до 30 мм;
- напряженность магнитного поля, создаваемая на оси генератора, – 0,1 Тл;
- напряженность магнитного поля в районе электронной пушки – примерно 0,02 Тл;
|
|
|
- величина тока в плазме – до 1 А;
- концентрация плазмы в пучке диаметром 1 см:
водорода и гелия – ~1012 см-3;
аргона – ~1013 см-3;
- электронная температура плазмы – 3-30 эВ;
- энергия ионов – 10-100 эВ;
- плотность ионного потока – ~(1-5) 1022 м-2с-1;
- плотность теплового потока (в электронном пучке) – до 300 МВт/м2.
Общий вид плазменно-пучковой установки имитационного стенда показан на рисунке 1.
Функционирование имитационного стенда
Функционирование имитационного стенда обеспечивается следующими системами:
- вакуумной системой (системой откачки) и системой напуска газов в камеру ППР;
- электрической системой (для подачи напряжения устройствам и механизмам, входящим в состав стенда, таким, как плазмогенератор, электромагнитная система, насосы вакуумной системы и др.);
- системой охлаждения элементов стенда водой;
- системой подачи азота на управление агрегатами стенда;
- системой информационно-измерительной (выполняющая функции представления измерительной информации при контроле параметров технологических систем стенда имитационных испытаний);
- системой диагностики ППР (для определения параметров электронного и плазменнопучкового разряда).
Методика измерение параметров имитационного стенда.
|
|
|
Метод зондовых измерений
Метод основан на измерении плотности тока заряженных частиц на помещенный в плазму электрический проводник в зависимости от его потенциала. Внешний вид зонда Ленгмюра показан на рисунке 2.
1 – фланец; 2 – изолятор; 3 – измерительная часть зонда (электрод)
Рисунок 2 –Зонд Ленгмюра
Электрод изолирован по всей длине, кроме измерительной части, помещенного в плазму. Через источник напряжения зонд электрически соединен с опорным электродом, который одновременно является катодом или анодом разрядного промежутка. Ток на зонде измеряется при различных значениях приложенного напряжения. Из анализа полученной вольт-амперной характеристики (ВАХ) можно извлечь информацию о параметрах плазмы таких, как температура и концентрация заряженных частиц.
Оптическая спектрометрия излучения плазмы
В последние годы большое развитие получили малогабаритные дифракционные спектрометры с кварцевым оптоволокном для ввода излучения в широком диапазоне волн (от 200 до 1100 нм), перекрывающем мягкое ультрафиолетовое, видимое и коротковолновую часть инфракрасного излучения. На базе спектрометров фирм Ocean и Avantes можно создавать автоматизированные диагностические комплексы для регистрации эмиссионных спектров из различных областей разряда. Спектры выводятся на компьютер. При определенной доработке можно установить программы автоматической обработки спектров и их анализа. Спектральная диагностика может представлять очень обширную информацию о параметрах плазмы. Самым простым и доступным является анализ состава плазмы по излучению возбужденных нейтральных и ионизированных компонентов.
|
|
|
На рисунке 3 и 4 представлены спектры водородной и гелиевой плазмы, полученные с помощью спектрометра AvaSpec 2048. Наряду с излучением атомов, молекул и ионов со спектральными линиями и полосами хорошо регистрируется тепловое излучение со сплошным спектром, исходящее с поверхности катода пушки. Расшифровка спектров производилась с помощью базы данных американского национального института стандартов NIST. Отметим, что спектр водородной плазмы помимо основных линий серии Бальмера содержит интенсивные линии азота и гидроксила. Спектр гелиевого разряда оказался совершенно чистым, он содержит только линии атомарного гелия. Предположительно исходный водородный баллон имеет примеси.
Рисунок 3 – Спектр излучения водородной плазмы
Рисунок 4 – Спектр излучения гелиевой плазмы
Охрана труда
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 273; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!