Спосіб транспортування вакуумно-дугової катодної плазми із фільтруванням від макрочасток і пристрій для його здійснення

1. Спосіб транспортування вакуумно-дугової катодної плазми із фільтруванням від макрочасток в плазмооптичній системі, створеній із трубчастих електродів, під дією транспортуючого магнітного поля, яке створюють з використанням електромагнітних котушок, що охоплюють трубчасті електроди плазмооптичної системи, який відрізняється тим, що транспортуюче магнітне поле має як сталу так і додаткову змінну складову, сталу складову транспортуючого магнітного поля створюють тільки за допомогою котушок, що охоплюють катод і вихідну частину плазмооптичної системи, конфігурацію і напруженість транспортуючого магнітного поля змінюють, діючи на плазмові потоки відповідними додатковими змінними магнітними полями, які відштовхують струмені плазмового потоку від стінок трубчастих електродів, напруженість кожного додаткового магнітного поля збільшують при наближенні плазмового потоку до стінки відповідного трубчастого електроду і, відповідно, зменшують при віддаленні плазмового потоку від відповідної стінки. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при транспортуванні плазмових потоків на ділянці плазмооптичної системи із трубчастим анодом відповідне додаткове магнітне поле створюють за напрямом співспрямованим із сталою складовою транспортуючого магнітного поля за допомогою додаткової електромагнітної котушки, що охоплює анод, за умови, що напруженість додаткового магнітного поля змінюють так, щоб для заданої різниці потенціалу між катодом і анодом, вона була прямо пропорційна струму, який тече через анод, або для заданого струму, який тече через анод, вона була обернена пропорційна анодному падінню потенціалу. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що в прямолінійній плазмооптичній системі, яка має всередині трубчастого електроду - аноду електрично пов'язаний з ним трубчастий циліндровий електрод, при транспортуванні плазмового потоку в проміжку між його зовнішньою стінкою і внутрішньою стінкою аноду діють додатковим змінним UA (21) a201013230 (22) 08.11.2010 (24) 27.02.2012 (46) 27.02.2012, Бюл.№ 4, 2012 р. (72) ВАСИЛЬЄВ ВОЛОДИМИР ВАСИЛЬОВИЧ, СТРЕЛЬНИЦЬКИЙ ВОЛОДИМИР ЄВГЕНІЙОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР "ХАРКІВСЬКИЙ ФІЗИКО-ТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" (56) UA 87880 C2, 25.08.2009 И.И.Аксенов, В.А. Белоус.Устройство для очистки плазмы вакуумной дуги от микрочастиц.//Приборы и техника эксперимента, 1978, №5, стр.236-237 Д.С.Аксенов, И.И.Аксенов, В.Е.Стрельницкий. Вакуумно-дуговые источники эрозионной плазмы с магнитными фильтрами: Обзор .Вопросы атомной науки и техники.2007, №2 Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (90), стр.190-202. http://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_2007_2/ar ticle_2007_2_190.pdf И.И.Аксенов, В.А. Белоус, В.В.Васильев, Ю.А.Волков, В.Е.Стрельницкий. Прямолинейный сепаратор углеродной плазмы вакуумной дуги. Вопросы атомной науки и техники.2001, №2 Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (79), стр.127-130. http://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_2001_2/ar ticle_2001_2_127.pdf В.А. Белоус, В.М.Хороших. Динамика плазмы вакуумной дуги в магнитном поле и системы формирования плазменных потоков. ФІП ФИП PSE, 2005, т. 3, № 1-2, vol. 3, No. 1-2 http://www.pse.scpt.org.ua/en/jornal/1-2_05/12. Д.С.Аксенов, И.И.Аксенов, В.Е.Стрельницкий/ Подавление эмиссии макрочастиц в вакуумнодуговых источниках плазмы. Вопросы атомной науки и техники.2007, №6 Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (90), стр.106-115 http://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_2007_6/ar ticle_2007_6_106.pdf CA 1176599, 23/10/1984 UA 44842 C2, 15.03.2002 UA 84675 C2, 16.05.2005 RU 2053311 C1, 27.01.1996 RU 2369664 C2, 10.10.2009 RU 2382118, 20.02.2010 2 (19) 1 3 97584 4 відхиляючим магнітним полем, яке створюють за допомогою електромагнітної котушки, розташованої всередині цього циліндрового електроду, і яке направлене на осі системи протилежно напряму сталої складової транспортуючого магнітного поля, при цьому напруженість відхиляючого поля, змінюють так, щоб її величина була прямо пропорційна струму дуги, який тече через циліндровий електрод. 4. Спосіб за одним із пунктів 1-3, який відрізняється тим, що транспортування плазмового потоку, що виходить з аноду, здійснюють в трубчастому електроді - плазмоводі, який складається з вхідної і вихідної частин, які електроізольовані одна від одної і від анода, при цьому усередині плазмоводу на плазмовий потік діють додатковим магнітним полем, яке генерують за допомогою додаткової магнітної котушки, що охоплює вхідну частину плазмоводу, і яку збуджують струмом, який тече через вихідну частину плазмоводу. 5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що транспортування плазмового потоку здійснюють, підтримуючи заданий потенціал на вихідній частині плазмоводу на сталому рівні. 6. Плазмооптична система із фільтруванням від макрочасток для транспортування вакуумно дугової катодної плазми, яка має джерело живлення, електромагнітні котушки для створення транспортуючого магнітного поля, які охоплюють катод і трубчасті електроди, до яких належать анод і плазмовід, і яка має розташований всередині неї циліндровий електрод, всередині якого розміщена відхиляюча електромагнітна котушка, яка відрізняється тим, що джерело живлення вакуумної дуги підключено до аноду через обмотку електромагнітної котушки, що його охоплює, циліндровий електрод електрично з'єднаний з одним кінцем обмотки відхиляючої електромагнітної котушки, другий кінець якої з'єднаний з позитивним полюсом джерела живлення вакуумної дуги, плазмовід виконаний з двох електрично ізольованих одна від одної і від аноду вхідної частини та вихідної частини, вхідну частину плазмоводу охоплює котушка, яка підключена до окремого джерела живлення, негативний полюс якого з'єднаний з анодом, а позитивний полюс з'єднаний через обмотку котушки з вихідною частиною плазмоводу. 7. Плазмооптична система за п. 6, яка відрізняється тим, що циліндровий електрод розміщений всередині аноду. Винахід належить до техніки формування потоків ерозійної вакуумно-дугової катодної плазми для осадження високоякісних покриттів різного призначення: зносостійких, антифрикційних, декоративних та інших, а також для поверхневого модифікування матеріалів шляхом опромінення потоками іонів та/або електронів. Відомо, що транспортування фільтрованої вакуумно-дугової катодної плазми здійснюють в схрещених електричному і магнітному полях, коли електрони замагнічені, а іони не замагнічені. В цих умовах фокусування іонів в плазмі здійснюється за законами оптики, а системи, в яких забезпечується таке фокусування, називають плазмооптичними системами. Вакуумдугова катодна плазма генерується катодними плямами вакуумної дуги у вигляді високошвидкісних плазмових струменів і потоку макрочасток, утворених з рідкої фази катодних плям вакуумної дуги. Потоками плазми можна управляти за допомогою магнітного і електричного полів. Макрочастки, що виходять з катодних плям дуги, рухаються по прямолінійних траєкторіях, оскільки вони мають велику масу в порівнянні з іонами плазми і малий заряд на одиницю їх маси. У зв'язку з цим макрочастки можна тільки відбивати за допомогою відповідних екранів або уловлювати за допомогою спеціально створених пасток. Наявність засобів, які відбивають або уловлюють макрочастки призводить до значного зменшення плазмового потоку на виході транспортуючої системи. Відомо про спосіб [1] транспортування вакуумно-дугової катодної плазми в плазмооптичній системі, який включає створення сталого криволінійного магнітного поля. Відома плазмооптична система [1] із фільтруванням від макрочасток для транспортування вакуумно-дугової катодної плазми, яка вміщує електромагнітні котушки для створення транспортуючого магнітного поля, які охоплюють катод і трубчасті електроди (анод і плазмовід). В цій системі криволінійний трубчастий плазмовід зігнутий у вигляді чверті тора і електроізольований від трубчастого анода. Стале транспортуюче магнітне поле створюється за допомогою магнітних котушок, що охоплюють катод, анод і криволінійний плазмовід. Для зменшення втрат плазми при її транспортуванні в таких плазмооптичних системах потрібні достатньо сильні магнітні поля або достатньо великі поперечні розміри плазмоводу і аноду. Це є недоліком відомого способу. Іншим недоліком є значна неоднорідність інтенсивності плазмового потоку по його перетину на виході з плазмоводу. Тобто потік плазми, усереднений за часом, на виході такої плазмооптичної системи розподіляється на осаджувальній поверхні дуже нерівномірно через збільшені втрати плазми, що емітується з периферійної області робочої (торцевої) поверхні катоду. Тому отримання рівних за товщиною покриттів на площі з діаметром плями більш ніж діаметр катоду без обертання підкладки навкруги осі, яка повинна бути зміщеною відносно осі плазмового потоку, є дуже проблематичним. Відомо про інший спосіб [2] транспортування вакуумно-дугової катодної плазми із фільтруванням від макрочасток в прямолінійній плазмооптич 5 ній системі. В системі створюють стале транспортуюче магнітне поле, яке має внутрішню складову. Її створюють за допомогою внутрішньої електромагнітної котушки, розташованою всередині циліндрового електроду. Транспортуюче магнітне поле обгинає внутрішню електромагнітну котушку, підключену зустрічно зовнішнім електромагнітним котушкам. В подальшому цей спосіб розглядається як прототип. Відома прямолінійна плазмооптична система [2] із фільтруванням від макрочасток для транспортування вакуумно-дугової катодної плазми, яка вміщує електромагнітні котушки для створення сталого транспортуючого магнітного поля. Ці котушки охоплюють катод і трубчасті електроди (анод і плазмовід). Всередині цієї системи розміщений циліндровий електрод, в якому розміщена відхиляюча електромагнітна котушка. Ця система розглядається як прототип до патентованого пристрою. В джерелі плазми, де використовується цей спосіб і плазмооптична система, плазмові струмені, які виходять з катодних плям на торцевій поверхні катоду, рухаючись вздовж цього транспортуючого магнітного поля, обходять циліндровий електрод всередині плазмооптичної системи. Цей спосіб і ця плазмооптична система мають недоліки, які приводять до значних втрат плазмових потоків при їх транспортуванні. Одним з цих недоліків є несприятлива конфігурація магнітного поля в проміжку між внутрішньою поверхнею трубчатого електрода і зовнішньою поверхнею циліндрового електрода. Ця несприятливість конфігурації полягає в утворенні в цьому проміжку магнітного дзеркала за рахунок зростання напруженості магнітного поля в поздовжньому напрямку і посиленню його поперекового градієнту в напрямку до бокової поверхні циліндрового електроду. Така конфігурація магнітного поля приводить, поперше, до віддзеркалення електронів в плазмовому струмені, які мають енергію, зв'язану з поперечним рухом відносно напрямку магнітного поля більшу ніж з поздовжнім. Крім цього така конфігурація магнітного поля зменшує також швидкість вздовж магнітного поля тієї частини електронів, які мають більшу енергію пов'язану з цим напрямком руху, ніж з напрямком поперечного руху. По-друге, під дією поперечного градієнту магнітного поля, який направлений до бокової поверхні циліндрового електроду, підсилюється дрейф електронів в напрямку протилежному напрямку цього градієнта, тобто до внутрішньої поверхні аноду. В результаті значна частина електронів і, відповідно, іонів плазмового струменя зазнає значних втрат при його транспортуванні усередині анодної ділянки плазмооптичної системи. Другий недолік, який приводить до зменшення середнього вихідного іонного струму з джерела плазми, обумовлений наступними причинами. При фіксованому струмі дуги різниця потенціалу між плазмовим струменем і анодом або між плазмовим струменем і плазмоводом постійно змінюються через безперервні зміни положень катодних плям дуги, що переміщуються по робочій (торцевій) поверхні катоду. Якщо катодні плями перемі 97584 6 щуються по периферійній області робочої поверхні катоду, то плазмові струмені, що виходять з цих плям, проходять поблизу внутрішніх поверхонь аноду і плазмоводу (або фільтруючих екранів, які прикріплені до аноду і до плазмоводу). Чим ближче плазмовий струмінь наближається до внутрішніх поверхонь аноду і плазмоводу, тим більша частина плазмового потоку потрапляє на ці поверхні. Як наслідок - зменшується вихідний іонний струм з джерела плазми. Цей недолік властивий всім існуючим електродуговим джерелам плазми, в яких здійснюється транспортування катодної плазми подібним способом і в подібній системі з фільтруванням від макрочасток, як в прототипі, так і в інших аналогах. Задачею, на вирішення якої направлений запропонований винахід є удосконалення як способу транспортування електродугової катодної плазми із фільтруванням від макрочасток так і плазмооптичної системи, де він здійснюється. Удосконалення повинно зменшити втрати плазми при її транспортуванні. Це необхідно здійснювати шляхом зміни конфігурації транспортуючого магнітного поля, створення додаткових змінних магнітних полів і регулювання їх напруженостей, так щоб плазмові потоки при транспортуванні до виходу транспортуючої системи ефективно оминали засоби, які відбивають і уловлюють макрочастки при різних положеннях катодних плям дуги на торцевій поверхні катоду. Поставлена задача реалізується в запропонованому способі транспортування вакуумно-дугової катодної плазми із фільтруванням від макрочасток, за яким також як і за способом, прийнятим за прототип, транспортування здійснюють в плазмооптичній системі, створеній із трубчастих електродів, під дією транспортуючого магнітного поля, яке створюють з використанням електромагнітних котушок, що охоплюють трубчасті електроди плазмооптичної системи. На відміну від прототипу транспортуюче магнітне поле має як сталу так і змінні складові. Сталу складову транспортуючого магнітного поля створюють тільки за допомогою котушок, що охоплюють катод і вихідну частину плазмооптичної системи. За допомогою змінних складових змінюють конфігурацію і напруженість транспортуючого магнітного поля, діючи на плазмові потоки відповідними додатковими змінними магнітними полями, які відштовхують струмені плазмового потоку від стінок трубчастих електродів. Напруженість кожного додаткового магнітного поля збільшують при наближенні плазмового потоку до стінки відповідного трубчастого електроду і, відповідно, зменшують при віддаленні плазмового потоку від відповідної стінки. При транспортуванні плазмових потоків на ділянці плазмооптичної системи з трубчастим анодом відповідне змінне додаткове магнітне поле створюють за напрямом співспрямованим із сталою складовою транспортуючого магнітного поля за допомогою додаткової електромагнітної котушки, що охоплює анод, за умови, що напруженість додаткового магнітного поля змінюють так, щоб для заданої різниці потенціалу між катодом і ано 7 дом, вона була прямо пропорційна струму, який тече через анод, або для заданого струму, який тече через анод, вона була обернено пропорційна анодному падінню потенціалу. В прямолінійній плазмооптичній системі, яка має всередині трубчастого електроду - аноду електрично пов'язаний з ним трубчастий циліндровий електрод, при транспортуванні плазмового потоку в проміжку між його зовнішньою стінкою і внутрішньою стінкою аноду діють додатковим змінним відхиляючим магнітним полем, яке створюють за допомогою електромагнітної котушки, розташованої всередині цього циліндрового електроду, і яке направлене на осі системи протилежно напряму сталої складової транспортуючого магнітного поля, при цьому напруженість відхиляючого поля, змінюють так, щоб її величина була прямо пропорційна струму дуги, який тече через цей циліндровий електрод. В певному варіанті транспортування плазмового потоку, що виходить з аноду, здійснюють в трубчастому електроді - плазмоводі, який складається з вхідної і вихідної частин, які електроізольовані одна від одної і від анода, при цьому усередині плазмоводу на плазмовий потік діють додатковим змінним магнітним полем, яке генерують за допомогою додаткової магнітної котушки, що охоплює вхідну частину плазмоводу, і яку збуджують струмом, який тече через вихідну частину плазмоводу. Для транспортування плазмового потоку в плазмоводі з найменшими втратами, його здійснюють, підтримуючи заданий потенціал на вихідній частині плазмоводу на постійному рівні. Поставлена задача реалізується в запропонованій плазмооптичній системі із фільтруванням від макрочасток для транспортування вакуумнодугової катодної плазми. Ця система також як і система, прийнята за прототип, вміщує електромагнітні котушки для створення транспортуючого магнітного поля, які охоплюють катод і трубчасті електроди (анод і плазмовід). Всередині неї розташований циліндровий електрод. В ньому розміщена відхиляюча електромагнітна котушка. Відрізняється від прототипу система, яка пропонується, тим, що джерело живлення вакуумної дуги підключено до аноду через обмотку електромагнітної котушки, що його охоплює. Циліндровий електрод електрично з'єднаний з одним кінцем обмотки відхиляючої електромагнітної котушки, другий кінець якої з'єднаний з позитивним полюсом джерела живлення вакуумної дуги. Плазмовід виконаний з двох електрично ізольованих одна від одної і від аноду частин (вхідної і вихідної). Вхідну частину плазмоводу охоплює котушка, яка підключена до окремого джерела живлення, негативний полюс якого з'єднаний з анодом, а позитивний полюс з'єднаний через обмотку котушки з вихідною частиною плазмоводу. В цій плазмооптичній системі циліндровий електрод повинен знаходитись всередині аноду. Пояснимо, як відмінні особливості способу і плазмооптичної системи, що патентуються, дозволяють зменшити втрати плазмових потоків при транспортуванні. 97584 8 Формування сталої складової транспортуючого магнітного поля тільки за допомогою котушок, що охоплюють катод і вихідну частину плазмоводу забезпечує стабільність дугового розряду всередині аноду завдяки тому, що у такому полі утворюється поперечний градієнт магнітного поля, який додатково забезпечує струм електронів плазмової струї поперек магнітного поля на анод при меншому анодному падінні потенціалу. Це особливо важливо, коли плазмові потоки виходять з катодних плям, які рухаються на робочій поверхні катоду біля його осі. При цьому, анодне падіння потенціалу є максимально високим. В сумі з катодним падінням потенціалу воно може перевищувати максимальну напругу джерела живлення дуги при певній напруженості магнітного поля і відсутності його градієнта, направленого до осі системи. В прототипах в сталому транспортуючому магнітному полі при відсутності згаданого градієнта дуга гасне. Тому утворення певного градієнту магнітного поля, направленого до осі плазмооптичної системи вкрай важливе. Воно і забезпечується формуванням сталої частини транспортуючого магнітного поля за допомогою котушок, які охоплюють тільки катод і вихідну частину плазмооптичної системи. Але, коли катодна пляма переміщується в периферійній торцевій області катоду, плазмовий потік, що емітується цією катодною плямою, наближається на близьку відстань до поверхні аноду і плазмоводу. В цьому випадку, анодне падіння потенціалу, яке забезпечує електронний струм дуги на анод значно зменшується. При цьому падіння напруги на дузі буде мінімальним через зменшення анодного падіння напруги, а втрата іонів плазми на анод з плазмового струменя, якщо не запобігти цьому, - максимальною. Завдяки тому, що на плазмовий потік при транспортуванні в місці, де він наближається до стінки аноду, діють додатковим магнітним полем, напруженість якого збільшують під час наближення плазмового потоку до стінки аноду (при цьому зменшується поперечний градієнт магнітного поля, направлений до осі плазмооптичної системи), анодне падіння потенціалу, відповідно, збільшується. В результаті зменшаться втрати іонів із плазмових потоків усередині аноду. Це забезпечується тим, що джерело живлення вакуумної дуги підключено до аноду через обмотку електромагнітної котушки, що його охоплює. Тому напруженість додаткового магнітного поля для заданого падіння потенціалу на аноді прямо пропорційна струму, який тече через анод, або для заданого струму, який тече через анод, ця напруженість обернено пропорційна падінню потенціалу на аноді. Якщо плазмовий потік транспортується в прямолінійній фільтруючій плазмооптичній системі, на ділянці, де є всередині аноду електрично пов'язаний з ним циліндровий електрод, то додаткова дія відхиляючого магнітного поля, спрямованого на осі системи, протилежна напрямку сталої частини транспортуючого магнітного поля. Напруженість відхиляючого поля змінюють прямо пропорційно струму дуги, який тече через внутрішній циліндровий електрод. Це можливо тому, що циліндровий 9 електрод електрично з'єднаний з одним кінцем обмотки відхиляючої електромагнітної котушки, другий кінець якої з'єднаний з позитивним полюсом джерела живлення вакуумної дуги. Це зумовлює підвищення напруженості магнітного поля зовні циліндрового електроду, яке в свою чергу підвищує падіння потенціалу при проходженні поперек магнітного поля на цей електрод струму дуги, що приводить до зменшення втрат іонів з плазмового струменя. Чим ближче до осі катода підходить катодна пляма, тим ближче плазмовий струмінь, який емітується з цієї плями, підходить до бокової поверхні циліндрового електроду, обминаючи його повністю або частково. В цьому випадку практично увесь струм дуги тече через цей електрод, який по своєї суті є внутрішнім анодом. Тому для підвищення потенціалу на аноді необхідно підвищувати напруженість магнітного поля прямо пропорційно струму дуги, який тече на цей електрод. Це є основний принцип зменшення втрат плазмових потоків катодної плазми при її транспортуванні в магнітному полі, покладений в основу винаходу. В умовах формування транспортуючого магнітного поля бочкоподібної конфігурації з максимумами в областях катоду і вихідної частини плазмоводу і з мінімумом в області вихідного отвору аноду, або вхідного отвору плазмоводу доцільно транспортування плазмових потоків здійснювати в двосекційному плазмоводі, кожна секція якого електроізольована одна від одної і від аноду. В такому випадку на плазмовий потік усередині двосекційного плазмоводу діють додатковим магнітним полем за допомогою додаткової магнітної котушки, що охоплює вхідну частину плазмоводу, і яка збуджується струмом, що тече через вихідну частину плазмоводу. Для цього, вхідна частина плазмоводу охоплена котушкою, яка підключена до окремого джерела живлення, негативний полюс якого з'єднаний з анодом, а позитивний полюс через її обмотку з вихідною частиною плазмоводу. Оскільки у вихідній частині плазмоводу середня напруженість магнітного поля максимальна, то це дозволяє додатково підвищити потенціал на цій частині без стрімкого зростання електронного струму і зменшити втрати іонів на поверхнях цієї частини плазмоводу. Крім цього, завдяки дії на плазмовий потік усередині вхідної частини плазмоводу додатковим магнітним полем, пропорційним струму, який тече через вихідну частину плазмоводу, підвищується потенціал на вхідній частині плазмоводу і зменшується електронний струм на вихідну частину плазмоводу. В сукупності це зменшує плазмові втрати як усередині вхідної так і вихідної частин плазмоводу, що, як показують експерименти, суттєво збільшує плазмовий потік на виході системи. Сутність винаходу пояснюється схемою пристрою для реалізації пропонованого способу, представленої на фігурі. Спочатку розглянемо приклад здійснення запропонованого пристрою - плазмооптичної системи із фільтруванням від макрочасток для транспортування вакуумно-дугової катодної плазми. Ця система прямолінійна (див. схему) і містить: катод 97584 10 1, трубчастий анод 2, з розташованими усередині нього кільцеподібними фільтруючими екранами 3, і трубчастий плазмовід, з електроізольованими одна від одної і від анода 2 вхідною та вихідною частинами 4 і 5, відповідно. Усередині цих частин плазмоводу розташовані кільцеподібні фільтруючі екрани 6 і 7. Для формування сталої складової транспортуючого магнітного поля 8 служать електромагнітні котушки 9 і 10, які охоплюють, відповідно, катод 1 і вихідну частину плазмоводу 5. Всередині аноду 2 співвісно з ним розташований циліндровий електрод 11 із закритим торцем, зверненим до катоду 1, що є екраном для відбиття макрочасток. Всередині цього електроду розташована електромагнітна котушка 12, призначена для генерування додаткового змінного відхиляючого магнітного поля 13, направленого на осі системи протилежно напрямку сталої частини транспортуючого магнітного поля 8. Вузол 14 призначений для підпалення вакуумної дуги. Джерело живлення вакуумної дуги 15 підключено до аноду 2 через обмотку електромагнітної котушки 16, що його охоплює. Циліндровий електрод 11 електрично з'єднаний з одним кінцем обмотки відхиляючої електромагнітної котушки 12, другий кінець якої з'єднаний з позитивним полюсом джерела живлення вакуумної дуги 15. Плазмовід підключений до окремого джерела живлення 17, негативний полюс якого з'єднаний з анодом 2, а позитивний полюс через обмотку котушки 18, яка охоплює вхідну частину 4 плазмоводу, з'єднаний з його вихідною частиною 5. Приклад застосування способу розглянемо, описуючи роботу пристрою. Підпалення дуги здійснюється шляхом подання на вузол підпалення дуги 14 високовольтного імпульсу, який ініціює збудження катодної плями дуги на боковій поверхні катоду 1, яка виштовхується магнітним полем на робочу (торцеву) поверхню катоду. В залежності від струму дуги на торцевій поверхні катоду 1 можуть утворюватись декілька катодних плям, які переміщуючись по торцевій поверхні катоду емітують струмені катодної плазми з високою іонізацією разом з макрочастками матеріалу катода. Макрочастки, рухаючись по прямолінійним траєкторіям, затримуються екранами 3, 6, 7 і торцем циліндрового електроду 11. Плазмові струмені, іонізація яких близька до 100 %, рухаючись вздовж транспортуючого магнітного поля бочкоподібної конфігурації 8, яке огинає циліндровий електрод 11, проходять через усі отвори екранів 3, 6 і 7 на вихід плазмооптичної системи. Але в залежності від положення катодної плями на торцевій поверхні катоду плазмовий струмінь, який емітується цією катодною плямою дуги, може попадати на торцеву поверхню циліндрового електроду 11 або, обгинаючи його, наближатися достатньо близько до його бокової поверхні у разі, якщо катодна пляма рухається біля осі торця катоду. У разі же, коли катодна пляма дуги переміщується в периферійній торцевій області катоду, плазмовий струмінь, емітований цією катодною плямою, наближається на достатньо близьку відстань до поверхонь екранів 3. І в першому, 11 і у другому випадках практично увесь електронний струм дуги буде йти або на циліндровий електрод 11, або на трубчатий анод 2. Щоб уникнути значного зменшення вихідного іонного струму, конфігурацію і напруженість транспортуючого магнітного поля, створеного за допомогою електромагнітних котушок 9 і 10, змінюють, діючи додатковими магнітними полями співспрямованими з транспортуючим магнітним полем. Ці поля створюють за допомогою електромагнітних котушок 16 і 18, які охоплюють анод 2 і вхідну секцію плазмоводу 4. При цьому, на плазмовий потік також діють додатковим відхиляючим магнітним полем 13 усередині аноду 2. Це поле на осі системи протилежно спрямоване транспортуючому магнітному полю і створюється за допомогою електромагнітної котушки 12, яка розташована усередині циліндричного електроду 11 співвісно з ним. Якщо джерело живлення 15 працює в режимі фіксованого струму дуги, напруженості додаткових магнітних полів усередині аноду 2, будуть пропорційні струмам дуги, які течуть через анод 2 і циліндричний електрод 11. Ці напруженості будуть також обернено пропорційні падінню потенціалу відносно плазмового потоку на аноді або циліндровому електроді в залежності від відстані, на яку наближається плазмовий потік до аноду або циліндрового електроду. Якщо джерело 15 працює в режимі фіксованої напруги, тоді при наближенні плазмових потоків до стінки аноду 2 або до циліндрового електроду 11, збільшиться анодний струм на ці електроди. Внаслідок цього збільшиться струм, який тече через відповідну котушку 16 або 12 і збільшиться напруженість відповідного магнітного поля, яке відштовхне плазмовий потік від стінки відповідного електроду. Завдяки тому, що позитивний полюс джерела живлення 17 з'єднаний з вихідною частиною 5 97584 12 плазмоводу через додаткову електромагнітну котушку 18, напруженість додаткового магнітного поля усередині вхідної секції плазмоводу 4 при заданому постійному потенціалі на вихідній секції 5 буде пропорційна струму, який тече через цю секцію. При таких умовах дія на плазмовий потік, що транспортується, вищезгаданими додатковими магнітними полями, співспрямованими з транспортуючим магнітним полем, забезпечує, незалежно від положення катодних плям на торцевій поверхні катоду, динамічну рівновагу плазмових потоків в тієї області їх транспортування вздовж магнітного поля, в якій втрати плазми поперек магнітного поля мінімальні. Причому, ефект забезпечення такої динамічної рівноваги плазмових потоків та стабілізації падіння напруги на дузі, а також стабілізації струму через плазмовід при фіксованому його потенціалі, зростає пропорційно струму дуги. Як показали експерименти, запропонований спосіб транспортування у вакуумі дугової катодної плазми в прямолінійній фільтруючій плазмооптичній системі, забезпечує збільшення середнього вихідного іонного потоку при струмі дуги 100 А не менше ніж у 1,5 рази по зрівнянню з прототипом. При цьому мінімальне і максимальне значення вихідного іонного струму, у запропонованому винаході дорівнює 3,5 і 4 А, відповідно. При збільшенні струму дуги до 110 А мінімальне і максимальне значення вихідного іонного струму зростають до 4 і 5 А, відповідно. Джерела інформації: 1. И.И. Аксѐнов, В.А. Белоус, В.Г. Падалка, В.М. Хороших "Устройство для очистки плазмы вакуумной дуги от макрочастиц", ПТЭ, № 5, 1978, с. 236-237. 2. Патент України № 87880, 2009 (прототип). 13 97584 14 Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601