Анотація до роботи:

Рябцев А.В. Кінетичні процеси в джерелі негативних іонів водню з відбитковим розрядом. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.04 – фізична електроніка. – Інститут фізики НАН України, Київ, 2005 р.

Дисертацію присвячено комплексному дослідженню джерела негативних іонів водню з відбитковим розрядом. Вперше побудовано теорію, яка найповніше враховує всі суттєві фізичні процеси, що відбуваються в такому джерелі.

За допомогою цієї теорії було вивчено вплив питомої потужності, що вводиться в розряд, і тиску в джерелі на його основні характеристики. Пояснено відмінності у швидкості зростання концентрації негативних іонів водню для різних розрядних струмів. Грунтуючись на розгляді часових залежностей концентрацій плазмових компонент, зроблено висновок про можливість збільшення концентрації негативних іонів при роботі джерела в імпульсно-періодичному режимі. Вперше отримано розподіл компонент у проміжку між розрядною колоною і анодом. Цей розподіл для негативних іонів має суттєво немонотонний характер, що призводить до існування оптимального співвідношення між радіусами розрядної колони і аноду.

Досліджено вплив цезію на процеси в джерелі негативних іонів водню. Як з результатів експерименту, так і з розрахунків випливає, що при додаванні у розряд цезію основна частина негативних іонів утворюється не в об’ємі джерела, а на його поверхні. При цьому струм негативних іонів водню, який витягується з джерела, збільшується в 23 рази.

Створено теорію джерела негативних іонів водню з відбитковим розрядом, яка дозволила істотно оптимізувати робочі характеристики джерела: збільшити вихід негативних іонів водню, підвищити його газову економічність. Дослідження джерела проводилося за допомогою чисельного розв'язання системи кінетичних рівнянь включно з рівнянням Больцмана. Результати розрахунків добре узгоджуються з експериментами. Розроблена методика може бути застосована для розрахунку інших плазмових систем, зокрема, для плазмових джерел іонів інших типів.

На основі даної теорії, отримані такі результати:

виявлено, що при більших питомих енергіях, що вводиться у розряд, значно підвищується концентрація негативних іонів і газова економічність, але перевищення питомої потужності певних меж призводить до зменшення темпу накопичення Н^- внаслідок того, що визначальними процесами руйнування негативних іонів стають іон-іонна рекомбінація й розсіювання на електронах;

знайдено, що при оптимальних співвідношеннях тривалості й шпаруватості імпульсу можливо збільшення густини негативних іонів H^- порівняно із стаціонарним режимом при тих же значеннях питомих енерговкладів, що пояснюється меншим вмістом атомарного водню в цьому режимі;

вперше отримано розподіл густини негативних іонів водню вздовж радіусу розрядної камери; показано, що цей розподіл має істотно немонотонний характер, зумовлений конкуренцією процесів утворення та загибелі іонів H^-, знайдено оптимальне співвідношення між радіусами розрядної колони й анода, яке узгоджується з експериментом;

показано, що додавання цезію призводить до зменшення електронної температури в області розряду й, отже, до зменшення швидкості збудження коливальних рівнів молекул водню й швидкості відривання електронів від негативних іонів, чим пояснюється зміна компонентного складу плазми, яка спостерігається в експериментах;

вперше встановлено, що врахування тільки об'ємних процесів за участю цезію не може призвести до помітного зростання струму, що витягується, у той час як поверхневі процеси здатні забезпечити значне збільшення цього параметра;

показано, що при переході до низьких тисків і малої питомої потужності параметри плазми джерела наближаються до параметрів двокамерних джерел.

Публікації автора:

1. Головинский П.М., Горецкий В.П., Рябцев А.В., Солошенко И.А., Тарасенко А.Ф., Щедрин А.И. Влияние цезия на эмиссию отрицательных ионов водовода из источника с отражательным разрядом // ЖТФ. – 1991. – Т.61, вып.10. – С.46-52.

2. Горецкий В.П., Рябцев А.В., Солошенко И.А., Тарасенко А.Ф., Щедрин А.И. Кинетические процессы в источниках отрицательных ионов водорода при большой удельной мощности разряда // ЖТФ. – 1993. – Т.63, вып.9. – С.46-52.

3 Горецкий В.П., Рябцев А.В., Солошенко И.А., Тарасенко А.Ф., Щедрин А.И. Источник отрицательных ионов водорода, работающий в импульсно-периодическом режиме. Численное моделирование // ЖТФ. – 1994. – Т.64, вып.7. – С.152-157.

4. Горецкий В.П., Рябцев А.В., Солошенко И.А., Тарасенко А.Ф., Щедрин А.И. Плазменный источник отрицательных ионов водорода // Физика плазмы. – 1994 – Т.20, № 9. – С.836-848.

5. Горецкий В.П., Рябцев А.В., Солошенко И.А., Тарасенко А.Ф., Щедрин А.И. Процессы переноса плазмы в источнике отрицательных ионов водорода с отражательным разрядом // ЖТФ. – 1996. – Т.66, вып.2. – С.88-97.

6. Горецкий В.П., Рябцев А.В., Солошенко И.А., Тарасенко А.Ф., Щедрин А.И. Сравнительные эмиссионные характеристики источника отрицательных ионов водорода с отражательным разрядом в режимах с Cs и без Cs // ЖТФ. – 1999. – Т.69, вып.4. – С.102-109.

7. Goretsky V.P., Ryabtsev A.V., Soloshenko I.A., Tarasenko A.F., Tschedrin A.I. Comparative Emission Characteristics of a Source of Hydrogen Negative Ions with a Reflective Discharge under Conditions with and without Cs // УФЖ. – 1999. – т.44. № 1-2. – с. 117-126.

8. Goretsky V.P., Ryabtsev A.V., Soloshenko I.A., Tarasenko A.F., Tschedrin A.I. Comparative Emission Characteristics of a Source of Hydrogen Negative Ions with a Reflective Discharge in Conditions with Cs and without Cs // Problems of Atomic Science and Technology. Series: Plasma Physics. – 1999. – Issues3-4. – p.250-252

9. Goretsky V.P., Ryabtsev A.V., Soloshenko I.A., Tarasenko A.F., Tschedrin A.I. Kinetic Processes in the Negative Ion Sources under High Power Discharge // 6th Intern. Symp. on Prodaction and Neutral. of Negative Ions and Beams, Upton, NY (USA). – 1992. – p. 201-209.

10. Golovinsky P.M., Goretsky V.P., Ryabtsev A.V., Soloshenko I.A., Tarasenko A.F., Tschedrin A.I. Cesium influence on H- Ion Emission from a Source with Reflection-Type Discharge // 6th Intern. Symp. on Prodaction and Neutral. of Negative Ions and Beams, Upton, NY (USA). – 1992. – p.430-440.

11. Goretsky V.P., Ryabtsev A.V., Soloshenko I.A., Tarasenko A.F., Tschedrin A.I. Plasma Transfer Process in Hydrogen-Negative Ions Source Based on Reflective Discharge // 7th Intern. Symp. on Prodaction and Neutral. of Negative Ions and Beams, Upton, NY (USA) - 1995 - p.157-163.

12. Soloshenko I.A., Shchedrin A.I., Ryabtsev A.V. Studying of Negative Ions Source Based on Reflective Discharge in Regines with Cesium Added and Without Cesium // Eighth International Symposium Production and Neutralization of Negative Ions and Beams & seventh European Workshop Production and Application of Light Negative Ions – Villagium of Giens (France) – 1997. – p.139-157.