Способ получения фракталоподобных структур и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к физике плазмы, преимущественно к физике и технике электронно-ионных плазменных процессов и технологий на их основе, и может быть использовано для получения наноструктур и фракталоподобных агрегатов при создании гетерофазных рабочих сред источников излучения, покрытий с новыми физическими свойствами, сред для передачи и трансформации концентрированных потоков энергии и электрического потенциала. Способ включает получение потока слабоионизованного газа из исходного плазмообразующего материала, охлаждение потока слабоионизованного газа до температуры конденсации, формирование из нейтральных и заряженных частиц наноструктур, агрегацию наноструктур в кластеры и их рост до фракталоподобных структур. Слабоионизованный газ получают при струйном диафрагменном импульсном электрическом разряде в режиме течения струй продуктов высокотемпературной эрозии с параметром нерасчетности, найденном экспериментально для формирования пространственно-временной структуры струи и реализации управления процессом агрегации фракталоподобных структур. Устройство включает герметичную разрядную камеру с источником электропитания, газовакуумной системой, кольцевыми электродами, внутренние отверстия которых выполнены в виде усеченных конусов вершинами навстречу друг другу, и выполненной из диэлектрического плазмообразующего материала и установленной на оси кольцевого электрода диафрагмой. В качестве источника электропитания выбран высоковольтный генератор импульсов тока регулируемой амплитуды и формы, диафрагма выполнена с круглым отверстием с соотношением радиуса r и длины l отверстия. Технический результат - возможность получать фракталоподобные структуры из практически любого исходного материала, агрегировать структуры с необходимыми структурными параметрами: фрактальной размерностью, линейным размером агрегата и его элементов, анизотропией формы и т.д., осуществлять значительный выход получаемых фракталоподобных структур из исходного плазмообразующего материала, осаждать фракталоподобные структуры на поверхность подложки. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к физике плазмы, преимущественно к физике и технике электронно-ионных плазменных процессов и технологий на их основе, и может быть использовано для получения наноструктур (наноструктуры (малые кластеры) - малые макроскопические частицы (число атомов q≤10³), параметры (значения энергии связи, потенциала ионизации, энергии сродства к электрону и т.п.) которых являются монотонными функциями числа атомов их образующих и имеют экстремумы при некоторых атомов) и фракталоподобных агрегатов при создании гетерофазных рабочих сред источников излучения, покрытий с новыми физическими свойствами, сред для передачи и трансформации концентрированных потоков энергии и электрического потенциала.

Известны методы получения фракталоподобных структур (под фракталоподобными структурами понимаются структуры, для которых скейлинговые соотношения, определяющие отличную от топологической размерность самоподобного (в смысле изменения масштаба) множества - фрактала [Федер Е. Фракталы. М., Мир, 1991], выполняются приближенно и в ограниченном диапазоне масштабов) и устройства для их осуществления, где используют электрический взрыв проволоки, нагревание вольфрамовой спирали в вакууме, лазерное облучение металлов, взрыв материала, сжигание SiH₄.

Все известные в настоящее время решения получения фракталоподобных структур вещества обладают рядом недостатков. В первую очередь, это значительное ограничение на выбор материалов по их химическому составу. Существенными недостатками также является невозможность регулировать процесс модификации структуры получаемых агрегатов - то есть получать фрактальные объекты с заданными значениями фрактальной размерности D в широком диапазоне (например, D=1,3 - 2,5) и линейных размеров агрегата R_о. Кроме того, удельное содержание фракталоподобных структур в общем объеме получаемых продуктов на завершающей стадии процесса агрегации обычно невелико и для большинства известных импульсных методов не превышает 5-10%.

Известен способ получения фракталоподобных агрегатов [Niklasson G.A., Torebring A. , Larsson С., Granqvist C.G. Phys. Rev. Lett. l988, V. 60, P. 1735] путем пропускания электрического тока по проволоке, содержащей заданные компоненты, и последующего охлаждения испаренного материала в процессе расширения в пространство, что приводит к конденсации и агрегации образующихся твердых частиц в кластеры (кластер - система конечного и достаточно большого числа связанных атомов или молекул (q≈10⁴ - 10⁶), подобная малым частицам). Способ ограничен в выборе материала получаемых фракталоподобных структур (Со, Ni, Al), диапазоном получаемой фрактальной размерности (1,7-1,8), линейным размером полученных агрегатов (около микрона).

Устройство для осуществления такого способа [Granqvist C.G., Burhman R. A. J. Appl. Phys. l976. V. 47. P. 2200] включает камеру, газовакуумную систему, нагреватель из вольфрамовой спирали с нанесенным на проволоку испаряемым материалом (например, кобальтом) и медную сетку, покрытую углеродом. Испаренный металл охлаждался при расширении в камере и осаждался на медной сетке. Недостатками данного устройства являются ограничение на выбор испаряемого материала, невозможность управления процессом агрегации фракталоподобных структур с помощью данного устройства, а также малый выход конечного продукта, который составляет не более 1-2% от общей массы испаренного вещества.

Известен выбранный нами в качестве прототипа способ получения фракталоподобных агрегатов [Лушников А. А. , Пахомов А.В., Черняев Г.А. ДАН СССР, 1987, 292, 86], включающий получение потока слабоионизованного газа из исходного плазмообразующего материала, охлаждение потока слабоионизованного газа до температуры конденсации, формирование из нейтральных и заряженных частиц наноструктур, агрегацию наноструктур в кластеры и их рост до фракталоподобных структур, где слабоионизованный газ получают вблизи поверхности металла при облучении его лазерным излучением. Основным недостатком данного способа является невозможность управления процессом структурирования получаемых агрегатов, а также низкая эффективность процесса формирования наноструктур, которая обусловлена получением малого количества центров образования наноструктур.

Известно устройство для получения продуктов высокотемпературной эрозии материалов, выбранное нами в качестве прототипа [Е.В.Калашников// ТВТ. 1996. Т. 34, 4. С. 501-505], включающее герметичную разрядную камеру с источником электропитания, газовакуумной системой, кольцевыми электродами, внутренние отверстия которых выполнены в виде усеченных конусов вершинами навстречу друг другу, и выполненной из диэлектрического плазмообразующего материала и установленной на оси кольцевого электрода диафрагмой. Наряду с первичными частицами (в виде мономеров, кластеров) и макрочастицами - фрагментами разрушенного материала диафрагмы в виде капель и осколков, формировались фракталоподобные структуры на послетоковой стадии разряда через отверстие диафрагмы в результате остывания продуктов высокотемпературной эрозии при заполнении объема разрядной камеры.

Однако данная схема получения продуктов высокотемпературной эрозии материалов не позволяет регулировать процесс получения фракталоподобных структур и их структуризацию в ходе роста агрегатов. Это приводит к тому, что фракталоподобные агрегаты получаются с неуправляемым заранее разбросом структурных параметров. В частности, фрактальная размерность агрегатов D меняется в диапазоне от 1,6 до 1,9, а удельное содержание фракталоподобных структур в общем объеме получаемых продуктов не превышает 5-10%.

Заявленная нами группа изобретений позволяет стабильно и с большим выходом (более 20% от испаренной массы) получать как субмикронные, так и микронные фракталоподобные агрегаты заданного размера, морфологического и химического строения, а также управлять процессом агрегации на ранних и поздних стадиях коагуляции указанных выше структур.

Такой технический эффект достигнут нами, когда - в способе получения фракталоподобных структур, включающем получение потока слабоионизованного газа из исходного плазмообразующего материала, охлаждение потока слабоионизованного газа до температуры конденсации, формирование из нейтральных и заряженных частиц центров образования наноструктур, агрегацию наноструктур в кластеры и их рост до фракталоподобных структур, слабоионизованный газ получают при диафрагменном импульсном электрическом разряде в режиме течения струй продуктов высокотемпературной эрозии с параметром нерасчетности n, выбранным из условия: 1≤n<250,крит/Р_атм, Р_крит - давление в критическом сечении струи при истечении из отверстия диафрагмы, Р_атм - давление во внешней среде по отношению к осевой зоне струи, охлаждение потока слабоионизованного газа до температуры конденсации осуществляют за время спада тока разряда t_спад, найденное из условия t_спад>t_конд, где t_спад= 0,9 I_max К^-1, t_конд - промежуток времени, в течение которого происходит конденсация слабоионизованного газа и образование заряженных наноструктур с плотностью N₊ и нейтральных наноструктур с плотностью N_n, I_max - значение максимума тока разряда, К - крутизна спада импульса тока разряда, агрегацию наноструктур в кластеры осуществляют до размера r₀ с плотностью N_cl при условии k_rec (N₊)²>>k_coag(N_n)², где k_rec - константа скорости рекомбинации положительно заряженных наноструктур, k_coag - константа скорости коагуляции нейтральных наноструктур,
рост кластеров осуществляют до фракталоподобных структур размером R₀ с фрактальной размерностью D при выполнении соотношения
n_cl≈(R₀/r₀)^D,
где n_cl - число кластеров в агрегате;
- в устройстве для получения фракталоподобных структур, включающем герметичную разрядную камеру с источником электропитания, газовакуумной системой, кольцевыми электродами, внутренние отверстия которых выполнены в виде усеченных конусов вершинами навстречу друг другу, и установленной на оси кольцевого электрода диафрагмой, в качестве источника электропитания выбран высоковольтный генератор импульсов тока регулируемой амплитуды и формы, диафрагма выполнена с круглым отверстием, поверхность которого выполнена из плазмообразующего материала с соотношением радиуса r и длины 1 отверстия в интервале
0,5<2r/l<2,0,
lnR/r > 1,6πLω/μμ₀(I_max)²t_н,
где L - расстояние диафрагма-кольцевой электрод; ω- средняя скорость уноса массы плазмообразующего материала диафрагмы, μμ₀= 1,257 10^-6Гн/м; I_max - значение максимума тока разряда; t_н- время развития силовых магнитогазодинамических неустойчивостей в плазме разряда, при этом величина I_max выбрана из условия при l и r, взятых в см
I_mах>2,5 10⁴(l^1,4)/r^1,4(1+r/l), А.

Если необходимо осаждение фракталов, то в разрядной камере дополнительно размещают подложку, предварительно очищенную коротковолновым излучением (λ ≤ 400 нм) плазмы струи разряда с плотностью светового потока ₀ =10⁴-10⁵ Вт/см² и длительностью 0,005 мс<τ<0,5 мс (см. п.2, формула изобретения). Подложку размещают между кольцевым электродом и диафрагмой на расстоянии А от оси разрядного промежутка, удовлетворяющем соотношению:
3R<А<5R,

Подложку также можно разместить в разрядной камере ортогонально оси диафрагмы за кольцевым электродом на расстоянии Р*, удовлетворяющем условию
А*<Р*≤Р,
где Р - величина расстояния вдоль оси кольцевого электрода от его поверхности, обращенной к диафрагме, до стенки камеры, А*=24R, R - радиус отверстия в кольцевом электроде (см. п.5, формула изобретения). В этом случае увеличивается выход фракталоподобных структур за счет агрегации продуктов эрозии диафрагмы из осевой и приосевой зоны струи, прошедших через отверстие кольцевого электрода.

На фиг.1 показана схема устройства для реализации предлагаемого способа по п. 3-5, где источник 1 электропитания, кольцевой анод 2, кольцевой катод 3, плазмообразующая диафрагма 4, разрядная вакуумная камера 5, коммутатор 6, подложка 7, устройство 8 поджига, схема 9 синхронизации, подложка 10;
А - расстояние от оси разрядного промежутка до подложки 7, 1 - толщина диафрагмы, L - межэлектродный промежуток, Р - расстояние вдоль оси кольцевого электрода от его поверхности, обращенной к диафрагме, до стенки камеры, 2R - диаметр отверстия в кольцевом электроде, 2r - диаметр отверстия в диафрагме, L_k - индуктивность контура, С₀ - высоковольтный емкостной накопитель энергии, R_k - сопротивление контура.

На фиг. 2 показана часть разрядной камеры с фотограммой 11 струи плазмы разряда на токовой фазе разряда, а также изображена подложка 10 для осаждения агрегатов на расстоянии Р* от поверхности кольцевого электрода 3 до подложки 10.

На фиг.3 представлен электронномикроскопический снимок фракталоподобного агрегата, полученного при газодинамическом режиме течения плазмы струи и параметре нерасчетности n≈1-2.

Устройство, реализующее заявленную группу изобретений, работает следующим образом: в вакуумной камере 5 между кольцевыми электродами 2 и 3 через плазмообразующую диафрагму 4 формируют струйный диафрагменный импульсный разряд. Для этого на устройство 8 поджига с помощью схемы 9 синхронизации подают сигнал запуска, открывающий коммутатор 6 (например, игнитрон) источника 1 электропитания, представляющего собой сильноточный разрядный контур с высоковольтным емкостным накопителем энергии С₀. Затем высокое напряжение подают на электроды 2 и 3 и батарею конденсаторов С₀ разряжают на нагрузке - межэлектродном промежутке (анод 2 - катод 3).

Импульс тока струйного диафрагменного разряда необходимой формы, длительности и амплитуды получают выбором параметров разрядного контура и разрядного промежутка на основании электротехнического расчета - выбором межэлектродного промежутка L, толщины диафрагмы l, диаметра отверстия 2r в ней, величины зарядного напряжения U₀ батарей, индуктивности контура L_к, сопротивления контура R_к и составом плазмообразующего материала. При этом получают определенную пространственно-временную структуру течения струи продуктов эрозии плазмообразующего материала диафрагмы с зоной получения продуктов эрозии в отверстии диафрагмы; с осевой зоной продува разрядного промежутка продуктами эрозии; с приосевой зоной течения продуктов эрозии, слабо обжатой магнитным полем собственного тока разряда; зоной оболочки и зоной торможения за кольцевыми электродами 2 и 3.

В отверстии диафрагмы в зависимости от величины скорости уноса массы ω плазмообразующего материала получают эрозионную плазму с высокими удельными параметрами (температурой от 2000 до 70000 К при давлениях от 0,1 до 100 МПа) выбором величины плотности тока от 1 кА/см² до 1 МА/см².

Агрегацию фракталоподобных структур из продуктов эрозии осуществляют в зоне оболочки струи (подложка 7) и зоне торможения струи за кольцевым электродом (подложка 10). При этом режим течения продуктов высокотемпературной эрозии в осевой зоне струи с параметром нерасчетности n выбирают из условия:
1T≤n<250,
крит/Р_атм, Р_крит - давление в критическом сечении струи при истечении из отверстия диафрагмы, Р_aтм - давление во внешней среде по отношению к осевой зоне струи.

Из нейтральных и заряженных частиц сформированного потока слабоионизованного газа в зоне оболочки струи и зоне торможения струи за электродами 2 и 3 получают необходимое и стабильное количество центров образования наноструктур заданного состава.

Охлаждение потока слабоионизованного газа до температуры конденсации осуществляют путем снижения величины тока разряда, от максимального значения I_mах с выбранной крутизной спада К, обеспечивающей резкое расширение приосевой зоны струи, слабо обжатой азимутальным магнитным полем разрядного тока. При этом время спада тока _спад значительно больше промежутка времени t_конд, необходимого для конденсации всех продуктов эрозии в потоке расширяющегося слабоионизованного пара, т.е.

t_спад>>t_конд.

Промежуток времени t_конд, в течение которого происходит конденсация слабоионизованного газа, находят из выражения
t_конд≈3g^1/3(k₀N_c)^-1,
где q - среднее число атомов в кластере, k_o≈ 1,9T^1/2m^1/6ρ^-2/3, Т=Т_с - температура конденсации, m - масса атома, ρ- плотность вещества наноструктур, N_c - плотность атомов до конденсации потока слабоионизованного газа.

Выполнение этого условия необходимо для того, чтобы процессы конденсации в расширяющемся ионизованном газе протекали при относительно высоких давлениях газа, когда его давление сравнивается с давлением насыщенного пара при данной температуре. Это необходимо для увеличения центров образования наноструктур, а также для стабильной и эффективной агрегации наноструктур в кластеры с последующим их ростом до фракталоподобных структур. Для достижения этой цели внутренняя поверхность отверстия диафрагмы изготовлена из плазмообразующего материала с соотношением радиуса r и длины l отверстия в интервале
0,5<2r/l<2,0,
lnR/r > 1,6πLω/μμ₀(I_max)²t_н,
где L - расстояние диафрагма - кольцевой электрод, ω- средняя скорость уноса массы плазмообразующего материала диафрагмы, μμ₀= 1,257 10^-6Гн/м, I_max - значение максимума тока разряда, t_н - время развития силовых магнитогазодинамических неустойчивостей в плазме разряда, при этом величина I_max должна соответствовать следующему условию при l и r, взятых в см
I_max>2,5 10⁴(l^1,4)/r^1,4(l+r/l), А.

Это позволяет при спаде тока от I_мах до 0,1I_мax за t_спад охладить поток слабоионизованного газа до температуры конденсации и осуществить многостадийный процесс агрегации фракталоподобных структур в зоне оболочки струи разряда и за срезом кольцевого электрода.

При этом также экспериментально установлено, что для полного использования испаренного материала в процессе образования наноструктур и затем кластеров должно быть выполнено условие (N_n+2N₊)q=N_a. Для этого расширение и охлаждение слабоионизованного газа реализуют за время конденсации, найденное из условия
t_конд=3g^1/3(k₀N_c)^-1,
где t_конд - промежуток времени, в течение которого происходит конденсация слабоионизованного пара, q - среднее число атомов в кластере, N_c - плотность атомов при охлаждении потока слабоионизованного газа, k_o≈ 1,9 T^1/2 m^1/6 ρ^-2/3, Т=Т_конд - температура конденсации, m - масса атома, ρ- плотность вещества наноструктур.

Для получения фракталоподобных агрегатов с заданной фрактальной размерностью D и размером R₀ процесс роста осуществляют при кластер-кластерном режиме агрегации поддержанием в течение времени t_спад температуры Т* среды в области коагуляции в пределах 0,8 Т_конд≤Т*<Т. При этом справедливы следующие соотношения
N_cl≈6k_rec(N₊)²q^1/6(k₀N_n)^-1,
n_cl≈(R₀/r₀)^D,
где N_cl - плотность фракталоподобных кластеров, k_o≈ 1,9 T^*1/2 m^1/6 ρ^-2/3, n_cl - число кластеров во фракталоподобном агрегате; R₀ - размер фракталоподобного агрегата, D - фрактальная размерность агрегата, r₀ - размер кластера. Изменение температуры Т* в указанном выше диапазоне обеспечивается выбранным значением крутизны спада тока К.

Таким образом, создавая и изменяя пространственно-временную структуру струи и режим разряда выбором параметров разрядного промежутка и размеров отверстия диафрагмы, осуществляют управление процессом структуризации получаемых фракталоподобных агрегатов на стадии их роста.

Полученные фракталоподобные структуры, если это необходимо, дополнительно осаждают на поверхность размещенной в зоне оболочки струи на расстоянии А подложки 7 и размещенной в зоне торможения струи на расстоянии Р* от кольцевого электрода 3 подложки 10, очищенных непосредственно перед осаждением коротковолновым излучением плазмы от осевой зоны струи на токовой фазе разряда с плотностью светового потока Ф₀=10⁴-10⁵ Вт/см² и длительностью 0,005 мс<τ<0,5 мс.

Пример конкретного исполнения
В качестве конкретного примера исполнения заявленной группы изобретений приводим описание получения фрактальных агрегатов размером R₀=2±0,3 мкм с фрактальной размерностью D=1,6±0,2 при переработке ≈45% испаренного материала диафрагмы во фракталоподобные агрегаты; см. фиг.3.

Разряд формировали в вакуумной камере 5, в которой давление Р_нач=10 Па, через отверстие в плазмообразующей диафрагме 4 между кольцевыми электродами 2 и 3 с электропитанием от конденсаторной батареи 1 с параметрами контура U₀=5 кВ, С₀=2,8 мФ, L_k=5,6 мкГ, R_k=l,9 мOм. В качестве плазмообразующего материала диафрагмы 4 использовался спектрально чистый углерод, с диаметром цилиндрического отверстия 2r в диапазоне 4,0 мм и толщиной 1 от 4,0 мм.

Диаметр отверстия в кольцевых электродах 2R из графита равнялся 40 мм. Расстояние от поверхности диафрагмы 4 до кольцевых электродов 2 и 3 составляло 50 мм при межэлектродном промежутке L, равном 104 мм. На многоканальном диагностическом комплексе, не показанном на фиг.1, регистрировали одиночный импульс тока длительностью 400 мкс с амплитудой тока 75 кА для реализации газодинамического режима течения плазмы с параметром нерасчетности n=1-2 при скорости уноса массы углерода ω = 63,9 г/с.
Форму импульса тока разряда и производную тока разряда регистрировали с помощью поясов Роговского, а измерение падения напряжения на разрядном промежутке осуществляли с помощью двух емкостных делителей напряжения.

Крутизна спада тока К выбрана равной 9*10⁶ А/с, при этом за t_спад=7,5 10^-3с>>t_конд=(1-5) 10^-7 с получили заряженные наноструктуры с плотностью N₊= (2-0,6) 10¹⁴ см^-3, нейтральные наноструктуры с плотностью N_n=(1-2) 10¹³ cм^-3 и кластеры размером r₀≤4-5 нм при константе скорости рекомбинации положительно заряженных наноструктур k_rec= 1*10^-8 см³ c^-1 и константе скорости коагуляции нейтральных наноструктур k_соag=(4-5)*10^-10см³с^-1.

Определение структурных параметров фракталоподобных структур, полученных в результате агрегации по описанному выше способу, производилось методом электронной микроскопии (ТЕМ) с применением клеточного разбиения двумерного изображения исследуемой структуры (Covering Set Method).

Выполнение указанных выше условий позволило получить качественно новый технический эффект, а именно:
- получать фракталоподобные структуры из практически любого исходного материала;
- агрегировать структуры с необходимыми структурными параметрами: фрактальной размерностью, линейным размером агрегата и его составляющих элементов, анизотропией формы и т.д.;
- осуществлять значительный выход получаемых фракталоподобных структур из исходного плазмообразующего материала;
- осаждать фракталоподобные структуры на поверхность подложки.

Преимущества описанных способов получения фракталоподобных структур и устройств на их основе позволяют использовать их также для моделирования свойств долгоживущих и энергоемких плазменных образований (фрактальных плазмоидов), когда требуется понимание природы таких объектов, как шаровая молния и других явлений, имеющих фундаментальное научное значение.

Формула изобретения

1. Способ получения фракталоподобных структур, включающий получение потока слабоионизованного газа из исходного плазмообразующего материала, охлаждение потока слабоионизованного газа до температуры конденсации, формирование из нейтральных и заряженных частиц наноструктур, агрегацию наноструктур в кластеры и их рост до фракталоподобных структур, отличающийся тем, что слабоионизованный газ получают при струйном диафрагменном импульсном электрическом разряде в режиме течения струй продуктов высокотемпературной эрозии с параметром нерасчетности n, выбранным из условия
1≤n<250,
крит/Р_атм;
Р_крит - давление в критическом сечении при истечении струи из отверстия диафрагмы, Па;
Р_атм - давление во внешней среде по отношению к осевой зоне струи, Па,
охлаждение потока слабоионизованного газа до температуры конденсации осуществляют при времени спада тока разряда t_спад, найденном из условия
t_спад>>t_конд,
где t_спад= 0,9l_maxК^-1, с;
t_конд - промежуток времени, в течение которого происходит конденсация слабоионизованного газа и образование заряженных наноструктур с плотностью N₊ и нейтральных наноструктур с плотностью N_n, с;
l_max - значение максимума тока разряда, А;
К - крутизна спада импульса тока разряда, А/с,
агрегацию наноструктур в кластеры осуществляют до размера r₀ при условии
k_rec(N₊)²>>k_coag(N_n)²,
где k_rec - константа скорости рекомбинации положительно заряженных наноструктур, см³ с^-1;
k_coag - константа скорости коагуляции нейтральных наноструктур, см³ с^-1,
рост кластеров осуществляют до фракталоподобных структур размером R₀ с фрактальной размерностью D при выполнении соотношения
n_cl≈(R₀/r₀)^D,
где n_cl - число кластеров в агрегате.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученные фракталоподобные структуры дополнительно осаждают на поверхность подложки, очищенную непосредственно перед осаждением коротковолновым излучением плазмы струи на токовой фазе разряда с плотностью светового потока Ф₀= 10⁴-10⁵ Вт/см² и длительностью 0,005 <τ<0,5 мс.

3. Устройство для получения фракталоподобных структур, включающее герметичную разрядную камеру с источником электропитания, газовакуумной системой, кольцевыми электродами, внутренние отверстия которых выполнены в виде усеченных конусов вершинами навстречу друг другу, и установленной на оси кольцевого электрода диафрагмой, отличающееся тем, что в качестве источника электропитания выбран высоковольтный генератор импульсов тока регулируемой амплитуды и формы, диафрагма выполнена с круглым отверстием, поверхность которого выполнена из плазмообразующего материала, с соотношением радиуса r и длины l отверстия, выбранных из интервала
0,5<2r/l<2,0,
ln R/r>1,6πLω/μμ₀(I_max)²t_н,
где L - расстояние диафрагма-кольцевой электрод, м;
ω - скорость уноса массы плазмообразующего материала диафрагмы, кг/с;
μμ₀= 1,257×10^-6Гн/м;
I_max - значение максимума тока разряда, А;
t_н - время развития силовых магнитогазодинамических неустойчивостей в плазме разряда, с,
при этом величина I_max соответствует условию при l и r, взятых в см
I_max>2,5•10⁴(l^1,4)/r^1,4(1+r/l), А,
а величина расстояния Р вдоль оси кольцевого электрода от его поверхности, обращенной к диафрагме, до стенки камеры выбрана из условий
Р>А*,
где А*= 24R, м;
R - радиус отверстия в кольцевом электроде, м.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что между одним из кольцевых электродов (например, катодом) и диафрагмой дополнительно размещена подложка параллельно оси разрядного промежутка и на расстоянии А от нее, удовлетворяющем соотношениям:
3R<A<5R.

А*<P*≤P.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3