Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Плазменная сепарация и плазмооптический масс-сепаратор ПОМС-Е-3 26
Глава 2. Формирование потока ионов 38
Влияние продольного магнитного поля и конечной толщины азимутатора 38
Формирование потока ионов 41
Оптимизация конструкции плазменного ускорителя 44
Глава 3. Разделение потока ионов 47
Без компенсации пространственного заряда потока ионов 49
С компенсацией пространственного заряда потока ионов 50
Разделение нескомпенсированного потока ионов – теория, численный счет 53
Глава 4. Регистрация потока ионов 58
Аппаратное обеспечение 58
Программное обеспечение 60
Опыт использования аппаратно-программного комплекса 65
Обновление программного обеспечения 67
Работа энергоанализатора в условиях нескомпенсированного заряда 67
Основные результаты диссертационной работы 73
Список использованных источников
- Формирование потока ионов
- С компенсацией пространственного заряда потока ионов
- Разделение нескомпенсированного потока ионов – теория, численный счет
- Опыт использования аппаратно-программного комплекса
Формирование потока ионов
При разделении изотопов с использованием селективного фотовозбуждения требуется выполнение следующих требований: высокая монохроматичность излучения, обеспечивающая возбуждение лишь определенных изотопических модификаций атомов и молекул - изотопический сдвиг должен превышать ширину спектральной линии поглощения; наличие в спектрах поглощения неперекрывающихся изотопных линий; наличие физического (химического) процесса, позволяющего отделять возбужденные частицы от невозбужденных; медленность релаксационных процессов, ведущих к потере возбуждения или передаче энергии возбуждения нецелевым изотопным атомам и молекулам [16]. Наиболее перспективным источником возбуждения атомов и молекул является лазерное излучение. При этом разделение изотопов происходит по следующей схеме: лазерное излучение с частотой оы возбуждает электронный уровень атома (технология AVLIS -Atomic Vapour Laser Isotope Separation) или колебательно-вращательный (либо электронный) уровень молекул (технология Molecular Laser Isotope Separation). Затем вспомогательное излучение другой частоты D2 ионизует или вызывает диссоциацию только возбужденных атомов или молекул. Например, при разделении изотопов кальция с применением лазера на красителе, излучение которого (X = 6162 А) было в резонансе с частотой перехода 4s4p3P2 - 4s5s3Sb получали поток атомов в метастабильном 4s4p3P2 состоянии. Для дальнейшей фотоионизации использовалось излучение аргонового лазера. Скорости фотовозбуждения определяются интенсивностью излучения. Для второй ступени разделения есть другой вариант, который предусматривает ионизацию в электрическом поле напряженностью до 3-Ю4 В/см. Высокая интенсивность лазерного излучения видимого, УФ- и ИК-диапазонов позволила создать фотофизические методы селективного воздействия на атомы и молекулы: метод двухступенчатой селективной ионизации атомов, метод двухступенчатой селективной фотодиссоциации молекул, метод селективной диссоциации молекул ИК-излучением [17, 18]. Селективность ионизации атомов определенного изотопа снижают столкновительные процессы: 1) передача возбуждения при столкновениях возбужденных атомов с невозбужденными атомами другого изотопа; 2) передача заряда между ионами выбранного изотопа и невозбужденными атомами другого изотопа. Это накладывает ограничения на поперечный размер и плотность атомного пучка. Пространственное выделение ионов выбранного изотопа при значительной плотности можно осуществлять в скрещенных электрическом и магнитном полях.
Применение магнитного поля необходимо из-за возникновения пространственного заряда, не позволяющего вытянуть ион под действием одного электрического поля.
В случае молекул картина селективного процесса выглядит гораздо сложнее из-за следующих эффектов, влияющих на селективность и скорость процесса: 1) теплового неселективного возбуждения колебательных уровней; 2) размытости края полосы электронного фотопоглощения молекулы; 3) эффекта «узкого горла» из-за вращательной структуры колебательных уровней [17, 18].
Мировые потребности в топливе для ядерных реакторов оцениваются примерно в 6 миллионов тонн U3O8. Стоимость обогащения для обработки этого количества руды оценивается примерно в 150 миллиардов долларов. Повышение эффективности процесса лазерного обогащения может снизить стоимость до небольшой части этой суммы.
Экономическая важность разделения изотопов других элементов лазерными методами не так очевидна и не так настоятельна, как 235U. Полная годовая продажа во всем мире разделенных изотопов всех элементов, кроме 235U и D, оценивается суммой менее 5 миллионов долларов. Успех лазерного разделения урана невозможен без создания большого количества лазерной техники или даже некоторых принципиально новых лазерных систем. Ценность разделенных изотопов других элементов состоит не в потребности в них в настоящий момент, а в возможности новых применений их в науке, медицине и технике, причем эти применения, вероятно, будут развиты только тогда, когда изотопы станут доступны в большом количестве и по низкой цене [17, 18].
Не все лазерные методы, которые успешно осуществлены в лабораторном масштабе для разделения изотопов в индикаторных или даже весовых количествах, перспективны для разделения изотопов в масштабе промышленного производства. Метод, потенциально пригодный для промышленного использования, должен обладать, по крайней мере, следующими двумя чертами: возможностью генерации требуемого для метода лазерного излучения с уровнем средней мощности от 1 кВт до 1 МВт (в зависимости от необходимой производительности); простотой и экономичностью лазерной техники в изготовлении и эксплуатации. Эти два требования существенно ограничивают число методов, осуществимых в промышленном масштабе с известными до настоящего времени лазерами. Наиболее перспективным с этой точки зрения сегодня, по-видимому, является метод, осно ванный на эффекте изотопически-селективной диссоциации многоатомных моле кул в сильном ИК поле. В этом методе можно использовать излучение, пожалуй, наиболее простого и дешевого импульсного СОг-лазера со стандартным КПД 5 10%, средняя мощность которого достигает киловатта. Выгодным является про цесс, при котором производится диссоциация непосредственно целевого изотопа и обогащение им продуктов диссоциации. В традиционных методах коэффиицент обогащения є = в то время как в лазерном методе є= а- 1, где а 1 [19].
Технология AVLIS использовалась, например, для обогащения 235U при воздействии излучения СО2 (436,2 nm) лазера на газообразное соединение UF6, содержащее 99,3% 238U [20]. Изотопический сдвиг между изотопами урана существует и составляет 0,208 А. Пары урана получали при его нагреве до 2800К-3000К. Технология МLIS теми же авторами была применена для разделения изотопов урана, находящихся в соединении ІЮг, и UF6 (с лазером, имеющим длину волны 16 мкм).
Молекулярная лазерная сепарация изотопов активно продолжает развиваться. Появились модификации МLIS: MOLIS, CRISLA, SILARC [21]. Процессе MOLIS (мolecular obliteration laser isotope separation) базируется на многофотонной (3-6 фотонов) абсорбции и диссоциации полиатомных молекул. Порог процесса большой - несколько МВт/см2, поэтому требуются мощные лазеры, работающие в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне длин волн. CRISLA (сhemical reaction by isotope selective laser activation) - это фотохимический метод формирования химически активных комплексов. Скорость химических реакций при этом значительно возрастает.
С компенсацией пространственного заряда потока ионов
В приближении нулевой толщины щели азимутатора, когда все ra = R, радиусы приемников равны г10 и г20 и отсутствует продольное магнитное поле {є = 0), потенциальные ямы для ионов одной массы были одинаковыми. При учёте продольного магнитного поля и конечной толщины щели азимутатора потенциальная энергия радиального движения иона зависит от є и га, а положение точек отражения п(га,є) и г2{га,е) являются функциями га и s. Для ПОМС-Е-3 с М2 (азот) М0 (аргон) М} (криптон) радиусы цилиндрических приемников разделенных ионов будем определять следующим образом: Для ПОМС-Е-3 также важно, чтобы при колебаниях в радиальном направлении траектории иона центральной массы не пересекали цилиндрических приемников, т.е. должно быть г\ го г2. Здесь мы обозначили за г0 значения радиусов точек отражения центральной массы при колебаниях в потенциальной яме U{r, Mo, га). В отсутствии радиальной скорости на выходе из азимутатора точки отражения для центральной массы находятся из условия U{r0, М0, га, є) = 0.
На рис. 12 представлены, полученные численными методами, зависимости от є ширины кольца ионов центральной массы на торцевом приемнике легкой масс по радиусу Ар fa у) и Ар2(е, у) при двух значениях у (S = 1,5 см -сплошные линии; 8 = 0,75 см - штриховые линии). Из рисунка видно, что наибольшее отличие в положении цилиндрического приемника возникает для самого легкого иона азота (/ = 2). Видно так же, что возмущение траекторий ионов меньше, когда направление продольного магнитного поля совпадает с направлением плазменного потока. Система формирования потока ионов в ПОМС-Е-3 включает собственно плазменный ускоритель (ПУ), пространство между катодом ускорителя и азиму-татором и азимутатор. Катод ПУ имеет нулевой потенциал, пространство между катодом ускорителя и азимутатором – эквипотенциальное. Радиальная компонента магнитного поля в системе сделана нарастающей всюду от анода к азимутатору ( 150 Гс 3,5 кГс). В эксперименте измерялись радиальная компонента магнитного поля (датчик Холла), температура электронов и плавающий потенциал (электрические зонды) и распределения ионов по энергии (энергоанализатор с задерживающим потенциалом); продольная компонента поля BZ рассчитывалась.
Энергетические спектры ионов на выходе из системы формирования определяются распределением потенциала в плазменном ускорителе. В промежутке анод-катод ПУ есть BZ-компонента магнитного поля спадающая к катоду. Когда величина индукции магнитного поля BZ на катоде сравнима с радиальной Br– компонентой, зоны ионизации и ускорения смещаются к катоду, так как в остальной области между катодом и анодом формируется эквипотенциальный «плазменный столб». Ускорение идет в катодном слое. Рост радиальной компоненты магнитного поля приводит к формированию непрерывного распределения электрического поля между катодом и анодом и смещает спектры в область низких энергий. Зависимость энергии максимума функции распределения от величины отношения продольной компоненты магнитного поля к радиальной приведена на рис. 12. Ток разряда в этом случае отслеживает за изменением разрядного напряжения Up и скоростью подачи в ПУ рабочего газа. Область ионизации «локализуется» в окрестности катода – области максимальной в промежутке анод-катод величины Вr и, соответственно, минимальной дрейфовой азимутальной скорости, что позволяет электронам быстро набирать энергию, превышающую потенциалы ионизации рабочих газов, в поле EZ. В случае еще больших магнитных полей зоны ионизации и ускорения ожидаемо уширяются, как и распределения ионов по энергии.
В пространстве катод-азимутатор направление магнитного поля строго поперечное (радиальное) относительно направления движения ионов, ларморовский радиус которых много больше характерных размеров системы формирования; электроны - замагниченные. Нарастающее вдоль оси Z радиальное магнитное поле приводит к градиентному азимутальному дрейфу электронов и уходу их на стенки под действием центробежной силы. Об этом свидетельствует изменение плавающего потенциала от величины +30 -г- +40 эВ на входе в промежуток ПУ-азимутатор (частично обеднение электронами происходит уже в ПУ) до величины порядка энергии, соответствующей максимуму ионной функции распределения, когда электронный ток на ленгмюровский зонд на входе в азимутатор отсутствует. Из азимутатора выходит только поток ионов. Рабочее давление плазмообразу-ющего газа в экспериментах [23, 24] устанавливалось в сепарирующем простран-торр. Рис. 13. Распределение ионов по энергии: 1 – в ПУ; 2 – во второй камере; 3 – на входе в азимутатор; 4 – на выходе из азимутатора
На рис. 13 приведены спектры ионов по энергии в области ПУ (2-3 мм от катода) выход азимутатора. Рассчитанная величина компонент индукции магнитного поля для данной постановки показана на рис. 14, распределение величины индукции магнитного поля в объёме плазменного ускорителя показано на рис. 15.
Видно, что ионы набирают энергию в ПУ – спектр 2 (рис. 13) измерен на расстоянии около 5 мм от выхода из ПУ (общая длина цилиндрического промежутка ПУ–азимутатор составляет 32 мм, внутренний радиус Rвн = 78 мм, внешний Rвш = 102 мм). Затем в азимутаторе, по мере обеднения потока плазмы электронами, появляется продольное электрическое поле разделения зарядов, встречное направлению движения ионов, которое подтормаживает ионы – спектры 2 3. В азимутаторе изменение скорости VZ ионов не происходит (спектры 3-4). Узкие в данном варианте выходные щели из ПУ и в азимутаторе приводят к уменьшению интенсивности потока ионов. Релаксации функции распределения как в [54] не наблюдается. В сепарирующем пространстве по показаниям зондов при напряжениях до +300 В электронного тока нет, свечения фоновой плазмы нет. Оптимизация конструкции плазменного ускорителя В рамках работы рассматривались два варианта конструкции плазменного ускорителя: с магнитопроводом между внутренней и внешней катушками и без него. Анализ величины и конфигурации магнитного поля проводился в программе FEMM 4.2.
На рис. 16 показано распределение величины индукции магнитного поля в плазменном ускорителе с магнитопроводом (а) и без него (б). На рис. 17 приведены графики отношения продольной компоненты магнитного поля к поперечной вдоль направления движения потока ионов.
Отношение продольной компоненты магнитного поля к поперечной вдоль направления движения ионов, Iвн = Iвнешн = 1 А: а – с магнитопроводом, б – без магнитопровода Результат расчётов показывает, что наличие магнитопровода между внутренней и внешней катушкой увеличивает продольную компоненту магнитного поля на промежутке анод-катод (в области разряда). Высокая продольная компонента приводит к дрейфу электронов и снижает эффективность ионизации рабочего газа, величина ионного тока снижается, максимальная энергия ионов сдвигается в область низких энергий. Заметного влияния магнитопровода на величину и конфигурацию поля в азимутаторе не выявлено. В результате, от использования магнитопровода между катушек решено отказаться.
Разделение нескомпенсированного потока ионов – теория, численный счет
Аппаратное обеспечение комплекса состоит из персонального компьютера (ПК), аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей, регулируемого модифицированного источника высокого (0 4 кВ) напряжения БНВ-30. Модель ПК – NI PXIe-8115; АЦП и ЦАП объединены в комплексном приборе NI PXIe-6361. Коммуникации между ПК и АЦП/ЦАП осуществляются по интерфейсу PXI в шасси NI PXIe-1078 [59]. Вторичная эмиссия с коллектора ЭЗП подавляется подачей на него положительного (до 40 В) смещения; на разделительную сетку ЭЗП подается постоянный отрицательный потенциал величиной не менее 40 В. Основные характеристики элементов комплекса: ПК М PXIe-8115: процессор: Intel Core І5-2510Е 2.5 ГГц; ОЗУ: 2ГБ; ОС MS Windows 7х86; АЦП N1 PXIe-6361: количество каналов: 16 несимметричных или 8 дифференциальных; разрядность: 16 бит; диапазон входного напряжения: от ±0.1 В до ±10 В; частота дискретизации: 2 МГц в одноканальном режиме, 1 МГц - в многоканальном; ЦАП N1 PXIe-6361: количество каналов: 2; разрядность: 16 бит; диапазон выходного напряжения: ±5 В, ±10 В; частота вывода: 2.86 МГц; источник высокого напряжения БНВ-30: диапазон выходного напряжения: от 0 до 4000 В; диапазон выходного тока: от 0 до 3 мА; пульсации выходного напряжения: не более 20 мВ; тип внешнего управления: постоянное напряжение, иупр/ивых = 1/558.
Программное обеспечение комплекса выполнено в среде графического программирования Lab VIEW 2013. Данная среда является разработкой компании National Instruments и ориентирована, в первую очередь, на работу с измерительным оборудованием и обработкой получаемых данных. Программирование осуществляется на собственном высокоуровневом графическом языке «G». Основной особенностью Lab VIEW является полностью графическое программирование, когда все функции и операторы представлены в виде графических элементов с входными и выходными терминалами, а аргументы функций и переменные представляют собой поток данных, который этими функциями преобразуется.
Интерфейс программного обеспечения комплекса представлен на рис. 26. Рис. 26. Интерфейс ПО комплекса
Функции программных методов снижения наводок оператор может активи ровать с помощью соответствующих элементов пользовательского интерфейса. Из кривой задержки вначале устраняют пробои. Критерием того, что это «пробой» является величина отрицательной производной dl/dU, граничное (устранять / не устранять) значение которой экспериментатор устанавливает, исходя из опытных данных для исследуемого процесса. В момент пробоя может наблюдаться пе-реполюсовка тока коллектора - появляется электронный ток. В выходном массиве исключённые элементы кривой задержки заполняются методом линейной аппроксимации.
Функция устранения роста исключает из кривой задержки точку, если значение тока в ней больше, чем измеренное на предыдущем напряжении задерживающей сетки. Исключённые элементы заменяются также методом линейной аппроксимации.
Программное обеспечение комплекса выполнено в среде графического программирования Lab VIEW 2013. Упрощённый алгоритм программы регистрации и первичной обработки представлен на рис. 27.
Как видно из алгоритма, программное обеспечение имеет три основных режима: «Измерение» - непосредственно работа с ЭЗП; «Сохранение» - сохранение результатов измерений и режим «Простоя», в котором осуществляется ввод параметров измерения и сохранения, измерение и вывод текущего значения тока коллектора, что позволяет оценить наличие и величину потока плазмы при данном пространственном положении энергоанализатора и / или режиме работы плазменного ускорителя, и потенциала на задерживающей сетке анализатора, графическое представление результата измерений и их редактирование.
Параметры измерения: «Диапазон напряжений» - задаётся начальное и конечное напряжение на задерживающей сетке, соответствующее интересуемому диапазону энергий ионов исследуемого потока плазмы; изменяется в диапазоне от 0 до 2000 В с шагом 10 В; «Шаг по напряжению» - значение инкремента напряжения на задерживающей сетке энергоанализатора; изменяется в диапазоне от 1 до 500 В с шагом 1 В;
«Неравномерный проход по напряжению» - функция увеличивает длительность ступени в 10 раз от указанного значения в диапазоне напряжений задерживающей сетки от 0 до 50 В и в 5 раз в диапазоне от 50 до 100 В; применение данного метода связано с особенностью работы источника высокого напряжения БНВ-30, а именно, длительном времени выхода на режим в диапазоне низких напряжений.
В режиме «Измерение» запускается цикл, осуществляющий управление задерживающим потенциалом и регистрацию кривой задержки. Значение указанного начального напряжения делится на 558 и записывается в ЦАП, выход которого подключен к схеме обратной связи стабилизатора напряжения блока питания БНВ-30. От источника на задерживающую сетку подаётся задаваемый потенциал. Далее, если включена функция «Усреднение», производится указанное количество изменений тока и напряжения с частотой дискретизации fD = 1,5п/т, где п - количество измерений для усреднения, г - указанная длительность ступени. Выводится среднее арифметическое для измеренных значений тока и напряжения. Если функция «Усреднение» отключена, измерение тока и напряжения происходят однократно. Данные добавляются в массив и выводятся на график. По истечению времени, указанного в параметре «Длительность ступени» к текущему напряжению ЦАП прибавляется значение «Шаг по напряжению» делённое на 558 и измерение повторяется.
Алгоритм программы регистрации и первичной обработки токового сигнала энергоанализатора с задерживающим потенциалом Выход из цикла «Измерение» происходит при условиях: если значение текущего потенциала задерживающей сетки больше или равно указанному конечному напряжению, если пользователь остановил цикл нажатием кнопки «Стоп» (в алгоритме не отображено) или если текущее напряжение на выходе ЦАП превышает 3,6 В. Последнее условие используется для предотвращения ухода программы в бесконечный цикл в случае, если источник высокого напряжения БНВ-30 по каким-либо причинам не достиг указанного конечного напряжения или оказался выключен. По окончанию цикла «Измерение» на задерживающей сетке устанавливается потенциал 0 В.
В процессе первичной обработки массив с измеренными значениями тока и напряжения сортируется по напряжению. Вычисляется дискретная производная dI/dU. Строятся функции распределения ионов по энергии для каждого из массивов. Спектры могут быть сглажены и обрезаны по энергии с помощью соответствующих элементов пользовательского интерфейса.
В режиме «Сохранить» формируются имена файлов в виде: ДА-ТА_ВРЕМЯ_ЛИТЕРА. Литера в имени файла указывает, какие данные в него записаны: «А» – «сырые» измерения ток-напряжение и dI/dU-энергия (текстовый файл); «B» – обработанный массив dI/dU-энергия (текстовый файл); «С» – параметры программы, при которых производилось измерение (диапазон напряжений, шаг, длительность ступени, параметры усреднения; текстовый файл); «D» – график ток-напряжение (графический файл); «E» – график dI/dU-энергия (графический файл). Параметры сохранения: «Папка для сохранения» – указывается директория для сохранения файлов с результатами измерения и обработки. Имена файлов формируются автоматически.
Опыт использования аппаратно-программного комплекса
Совокупность данных: кривые задержки ЭЗП, спектры ионов по энергии при различных потенциалах разделительной сетки, распределение потенциала плазмы по радиусу позволяют предположить, что в случае неполной компенсации пространственного заряда потока ионов, выходящего из азимутатора ПОМС-Е-3, в присутствии фоновой (вторичной) плазмы в сепарирующем пространстве в диапазоне энергий Е 100 эВ в анализатор, наряду с доускоренным основным потоком, попадает еще и ускоренный на разности потенциалов 0 = cppi поток ионов фоновой плазмы. Степень наложения спектров фоновой и потоковой плазмы определяется соотношением их концентраций и уровнем отклонения от квазинейтральности потоковой плазмы. В любом случае, это приводит к погрешности при измерении энергетического спектра ионов в области низких энергий. Электроны плазмы (фоновой и потоковой) при этом не попадают в анализатор из-за торможения в поле плазменного потенциала; потребности в разделении их внутри энергоанализатора нет. В такой ситуации естественно использовать разделительную сетку для торможения потоковых ионов, ускоренных в электрическом поле потенциала плазмы, до их исходной энергии и удаления ионов фоновой плазмы. Основные результаты диссертационной работы
Идея плазмооптической масс-сепарации изложена А.И. Морозовым и Н.Н. Семашко сравнительно недавно – в 2002 году [42]. Через 3 года стала понятной (Морозов А.И., Савельев В.В.) принципиальная схема масс-сепаратора [36] в идеальной многокомпонентной плазме. Выполнение принципов плазмооптики при этом в явном виде планировались в сепарирующем пространстве, где предлагалось фокусировать и собирать на приемники ионы многокомпонентного потока, уже разделенные по массам в области азимутатора. Для этого здесь нужно было постоянное радиальное электрическое поле, что обеспечивалось замагничиванием электронов – подавлением их поперечной к магнитному полю проводимости. Плазмооптический режим работы реализовался и в источнике потока многокомпонентной плазмы – в плазменном ускорителе с замкнутым азимутальным дрейфом электронов.
До настоящего времени принципиальная схема плазмооптического масс-сепаратора не изменилась. Но необходимо было найти пути её реализации в реальной плазме, генерируемой в плазменном ускорителе, для реальных азимута-тора и сепарирующего пространства. То есть, для того чтобы выйти на уровень инженерного проектирования, требуется изучить физические закономерности и особенности работы каждого элемента масс-сепаратора в широком диапазоне элементных составов, энергий ионов, разрядных токов, магнитных полей.
В настоящей диссертационной работе названные исследования были продолжены и получены следующие основные результаты.
1. Определено влияние конечной толщины азимутатора и величины продольного магнитного поля в сепарирующем пространстве на траектории ионов и, соответственно, на пространственное положение цилиндрических приёмников ионов разных масс.
2. В действующей в настоящее время конструкции масс-сепаратора ПОМС-Е-3 на формирование потока ионов в значительной степени влияет азиму-татор и пространство перед ним по ходу движения потока ионов. Наблюдение за эволюцией энергетического спектра потока ионов показало снижение полного тока ионов и значительное обеднение потока электронами. Нескомпенсированный пространственный заряд ионов, выходящих из азимутатора, приводит к радиальному уширению потока. Данный эффект негативно влияет на процесс разделения: потоки ионов разных масс на приемниках перекрываются. Эффективным способом устранения данного влияния оказалась установка теплового источника электронов непосредственно за азимутатором по ходу движения потока ионов. Источник электронов позволил добиться полной компенсации положительного пространственного заряда; траектории ионов были приближены к расчётным значениям. Разработана также методика расчёта траекторий ионов при различной степени нарушения квазинейтральности в плазменном потоке.
3. В рамках исследования процесса разделения ионов на масс-сепараторе ПОМС-Е-3 разработана и успешно использовалась помехозащищённая система сбора и первичной обработки сигнала энергоанализатора с задерживающим потенциалом.
4. Выявлено, что при наличии фоновой плазмы и ненулевом положительном потенциале плазмы рабочего вещества измеряемый с помощью анализатора с задерживающим потенциалом спектр ионов по энергии – это сумма спектра доускоренных ионов исследуемого потока и пучка ионов фоновой плазмы, «сформированного потенциалом плазмы». Для исключения погрешности в области энергий меньших, определяемых потенциалом плазмы, отделения потока основной плазмы от потока фоновой плазмы и исключения доускорения ионов основного потока нужно подавать на разделительную сетку анализатора положительный потенциал величиной, превышающей потенциал плазмы.
Научно-технический уровень выполненной работы соответствует лучшим мировым достижениям в данной области деятельности. По некоторым идеям, параметрам создаваемый плазмооптический масс-сепаратор уникален среди разрабатываемых плазменных масс-сепараторов. Ни один из них пока не реализован в полном объеме из-за еще не преодоленных как физических, так и технических трудностей. Направления дальнейших исследований в области плазмооптической масс-сепарации должны включать, в частности, изучение особенностей формирования спектров ионов по энергии в плазменном ускорителе с замкнутым дрейфом электронов и стенками, находящимися под плавающим потенциалом (в источнике плазмы), обеспечение транспортировки потока многокомпонентной плазмы через азимутатор без потерь частиц и оптимизацию конструкции сепарирующего пространства по геометрии и создаваемым электрическому и магнитному полям. После этого, вероятно, станет возможной выдача рекомендаций для создания опытно-промышленного плазмооптического масс-сепаратора.
Некоторые результаты диссертационной работы будут использованы и в образовательном процессе Иркутского национального исследовательского технического университета при проведении лабораторных и практических работ по дисциплинам «Вакуумная и плазменная электроника», «Электрофизические технологии» и «Автоматизация установок и измерений».