Управление формой пучка технологического ионного источника для высокоточной обработки поверхности

Показано, что эффект азимутального отклонения ионов в пучке ускорителя с замкнутым азимутальным дрейфом электронов можно использовать для управления формой ионного пучка и профилем распределения плотности ионного тока по радиусу. Изменяя профиль распределения магнитного поля вдоль оси ускорительного канала, можно управлять профилем плотности ионного тока, придавая ему как кольцевую форму, так и форму, близкую к распределению Гаусса. Предложен критерий для расчета магнитной системы, обеспечивающей наилучшую фокусировку ионного пучка. Установлено, что по известному распределению магнитного поля при оптимальной фокусировке ионного пучка можно оценить положение зоны ионизации в ускорительном канале.

Литература

[1] Zhurin V.V. Industrial ion sources: Broadbeam gridless ion source technology. Wiley, 2011. 326 p.

[2] Ghigo M., Canestrari R., Spiga D., Novi A. Correction of high spatial frequency errors on optical surfaces by means of ion beam figuring // Proc. SPIE. 6671. Optical Manufacturing and Testing VII. 2007. Vol. 6671. P. 667114-1-667114-10. DOI: 10.1117/12.734273 URL: http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=1321975

[3] Ghigo M., Cornelli S., Canestrari R., et al. Development of a large ion beam figuring facility for correction of optics up to 1.7 m diameter // Proc. SPIE. 7426. Optical Manufacturing and Testing VIII. 2009. Vol. 7426. P. 742611-1-742611-8. DOI: 10.1117/12.826433 URL: http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=785644&resultClick=1

[4] Arnold T., Pietag F. Ion beam figuring machine for ultra-precision silicon spheres correction // Precision Engineering. 2015. Vol. 41. P. 119-125. DOI: 10.1016/j.precisioneng.2015.03.009 URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141635915000513

[5] Морозов А.И. Введение в плазмодинамику. М.: Физматлит, 2008. 616 с.

[6] Гришин С.Д., Лесков Л.В. Электрические ракетные двигатели космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1989. 216 с.

[7] Архипов А.С., Ким В.П., Сидоренко Е.К. Стационарные двигатели Морозова. М.: Изд-во МАИ, 2012. 292 с.

[8] Hofer R.R. Development and characterization of high-efficiency, high-specific impulse xenon Hall thrusters. Ph.D. dissertation. Dept. of Aerospace Engineering, University of Michigan, 2004.

[9] Марахтанов М.К., Духопельников Д.В., Ивахненко С.Г., Воробьев Е.В. Экспериментальное подтверждение эффекта азимутального отклонения ионов в двигателях с анодным слоем // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2012. № 11. С. 233-238. DOI: 10.7463/1112.0483882 URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/483882.html

[10] Влияние азимутального отклонения ионов плазменной струи на тяговый КПД двигателя с анодным слоем / М.К. Марахтанов, Д.В. Духопельников, С.Г. Ивахненко, Е.В. Воробьев, B.И. Крылов // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2012. № 12. DOI: 10.7463/1212.0483944 URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/483944.html

[11] Воробьев Е.В., Духопельников Д.В., Ивахненко С.Г., Марахтанов М.К. Потеря тяги в двигателях с анодным слоем за счет азимутальной закрутки ионов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2011. Специальный выпуск "Ионно-плазменные технологии". С. 58-63.

[12] Духопельников Д.В., Марахтанов М.К. Способ электромагнитной фокусировки ионного пучка в ускорителе плазмы с азимутальным дрейфом электронов. Патент RU 2465749. Опубл. 2012. URL: http://www.freepatent.ru/patents/2465749 (дата обращения: 15.01.2017).

[13] Воробьев Е.В., Духопельников Д.В., Ивахненко С.Г., Жуков А.В., Кириллов Д.В., Марахтанов М.К. Холловский ускоритель с фокусированным пучком для наноразмерной обработки крупногабаритных зеркал оптических телескопов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2011. Специальный выпуск "Ионно-плазменные технологии". C. 35-41.

[14] Compact steady-state and high-flux Falcon ion source for tests of plasma-facing materials / O. Girka, I. Bizyukov, K. Sereda, A. Bizyukov, M. Gutkin, V. Sleptsov // Review of Scientific Instruments. 2012. Vol. 83. DOI: 10.1063/1.4740519 URL: http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.4740519

[15] Духопельников Д.В., Ивахненко С.Г. Влияние азимутального отклонения ионов на форму пучка двигателя с анодным слоем // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2012. № 10. DOI: 10.7463/1012.0483832 URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/483832.html

[16] Matthew T. Domonkos, Alec D. Gallimore, Sven G. Bilen. A Hall probe diagnostic for low density plasma accelerators // Rev. Sci. Instrum. 1998. Vol. 69. No. 6. P. 2546-2549. DOI: 10.1063/1.1148956 URL: http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.1148956

[17] Духопельников Д.В. Измерение индукции магнитного поля и моделирование холлов-ского тока в разряде магнетронной распылительной системы // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2015. № 10. DOI: 10.7463/1015.0818660 URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/818660.html

[18] Rossnagel S.M., Kaufman H.R. Induced drift currents in circular planar magnetrons // Journal of Vacuum Science & Technology A. Vacuum Surfaces and Films. 1987. Vol. 5. No. 1. P. 88-91. DOI: 10.1116/1.574822 URL: http://avs.scitation.org/doi/10.1116/1.574822