РАЗВИТИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
В ТОМСКОМ НАУЧНОМ ЦЕНТРЕ

Из выступления члена-корреспондента РАН С.Коровина на научной сессии Общего собрания СО РАН 15 декабря 2002 года.

Выступающий представил обзор некоторых результатов исследований, проводимых в Томском научной центре: в Институте сильноточной электроники, Институте физики прочности и материаловедения, в том числе в содружестве с вузовской наукой, а именно, Томским университетом систем управления и радиоэлектроники.

Ускорители электронов в Сибирском отделении разрабатываются и производятся не только в Институте ядерной физики, но и в Институте сильноточной электроники. Но это немножко другие, так называемые импульсно-периодические и сильноточные ускорители. Отличительной особенностью таких ускорителей является достаточно большая импульсная мощность, которая позволяет решать ряд задач, трудно осуществимых с помощью ускорителей, которые разрабатываются в Институте ядерной физики.

Прежде всего, это системы, которые на Западе называются палс-пала. В ИСЭ созданы ускорители, которые могут работать с большой частотой повторения, то есть, обладать достаточно большой средней мощностью, в том числе до 200 кВт. Они используются, в основном, в научных исследованиях, в частности, для генерации мощных импульсов СВЧ-излучения. Такие ускорители делаются для организаций РАН, а также поставляются за рубеж: в Польшу, Великобританию, Францию, Китай, США.

Одна из возможностей их применения — стерилизация порошковых материалов. Для Томского фармзавода проведены работы по стерилизации крахмала, корня солодки. Обсуждается вопрос о возможности использования такого рода ускорителей для пастеризации пищевых продуктов, в частности, порошка молока.

Ускорители с небольшой энергией электронов (менее 200 КЭВ) и небольшой средней мощностью (порядка нескольких киловатт) достаточно просты, надежны, невысокой стоимости. Это позволяет использовать их не только в большой промышленности, но и в относительно небольших частных производственных фирмах. К тому же вопросы рентгеновской защиты решаются легче — на уровне местной защиты.

Часто для решения проблем модификации поверхности твердого тела необходимо использовать электронные пучки с относительно небольшой энергией. Такие электронные пучки были использованы, в частности, для улучшения электрической прочности вакуумной изоляции.

В институте разработаны так называемые источники атомарного водорода, которые сейчас используются для очистки полупроводниковых пластин.

Другим направлением исследований является создание источников на основе так называемых плазменных катодов.

В Томском университете систем управления и радиоэлектроники создано устройство, которое используется для получения непрерывных электронных пучков с энергией частиц порядка 60 киловольт (разработка Николая Ремпе). На основе такой электронной пушки были разработаны сварочные аппараты для прецизионной сварки. Для подобной прецизионной сварки раньше использовались термокатоды (с большими выбросами самого материала, пара, газов, что приводило к деградации термокатодов и резкому уменьшению срока их службы. В качестве альтернативы термокатодам и были разработаны электронно-лучевые сварочные пушки, которые используются уже на ряде предприятий, в том числе, Новосибирска.

Возможности такой сварочной пушки на проплавлении алюминиевых сплавов — до 100 м в час при мощности пучка порядка 1,8 кВт. Сейчас сварочные пушки для прецизионной сварки на основе термокатодов в России фактически не производятся. Поэтому единственную альтернативу им представляют как раз сварочные пушки на основе плазменного катода.

Такие пушки используются в поточных линиях по сварке изделий из алюминиевых сплавов, по сварке ТВЭлов для атомных электростанций на предприятиях Минатома. Аналогичные устройства установлены на заводе "Барнаултрансмаш" для упрочнения кольцевых каналов поршней в двигателях.

Другая возможность использования этих установок — в технологиях наплавки износостойких покрытий из высокопрочных композиционных порошков и материалов в вакууме с помощью непрерывного электронного пучка малого сечения. Наплавка производится дозированной подачей наплавляемого порошка в жидкометаллическую ванну, создаваемую на детали сфокусированным электронным пучком с линейной разверткой. Деталь помещается внутри вакуумной камеры относительно неподвижного электронного источника и порошкового дозатора.

В Институте физики прочности и материаловедения разработаны и изготовлены установки для напыления износостойких покрытий на детали и инструмент, в том числе: коленчатые валы двигателей, насосов, компрессоров; крестовины карданных передач; детали запорно-регулирующей трубопроводной арматуры; подшипники скольжения; металлорежущий инструмент; электрические контакты; детали, работающие в выскотемпературном газовом потоке с абразивными частицами и т.п.

Исследования плазмы газового разряда (тлеющий разряд с полым катодом), которые проводились в Институте сильноточной электроники, позволили разработать новую коммутационную аппаратуру. Такая аппратура выпускается на одном из рязанских предприятий. Эти, так называемые, псевдоискровые разрядники могут использоваться при коммутации напряжения от 5 до 50 киловольт с максимальными рабочими токами порядка 150 килоампер, а максимальные частоты достигают 2 килогерц.

Другим применением плазмы тлеющего разряда является обработка поверхности твердых материалов больших размеров. Одна из проблем, возникающих здесь — создание однородной плазмы в объемах в несколько кубометров. В Институте сильноточной электроники был разработан плазмогенератор ПИНК. Одним из наиболее перспективных технологических применений такой плазмы является ионное азотирование вращающихся крупногабаритных деталей механизмов. Время облучения достигает нескольких часов, в результате чего поверхность существенно улучшается с точки зрения износостойкости.

Еще одна возможность использования плазменных технологий — нанесение отражающих покрытий на архитектурное стекло. В нашем институте разработана технология и создано в качестве проверки возможности реального производства малое предприятие, которое производит стекло. Из этого стекла делают стеклопакеты, имеющие увеличенный коэффициент отражения в ИК-области, что позволяет сберечь тепло, которое уходит из помещения. Оценки, которые существуют, показывают, что примерно до 40 % тепла из застекленных помещений уходит через поверхность стекла, а такое стекло позволяет значительно уменьшить эти потери и обеспечить теплосбережение.

стр. 8