ВКР / Дипломная работа (Э-8) на тему "Установка для исследования процессов испарения материалов при воздействии вакуумного ультрафиолетового излучения" - РПЗ

Что в архиве: (ЛИСТОВ НЕТУ, но какой-то их вид есть в презентации)
Оформление квалификационной работы:

Расчетно-пояснительная записка на 91 листе формата А4.

Перечень графического (иллюстративного) материала (чертежи, плакаты, слайды и т.п.)
4 плаката формата А1, 4 чертежа формата А4, 8 чертежей формата А3, 1 чертеж формата А2

Дата выдачи задания «10 » февраля 2021 г.

В соответствии с учебным планом выпускную квалификационную работу выполнить в полном объеме в срок до «14 » июня 2021 г.
РЕФЕРАТ
Расчетно-пояснительная записка 91 с., 46 рис., 2 табл., 30 источников.
ВАКУУМНОЕ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, ВЫСОКОЯРКОСТНОЕ ШИРОКОПОЛОСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТЕЙ, ИСПАРЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ИЗЛУЧЕНИЯ.
Объектом разработки является установка, позволяющая изучать испарение различных материалов, генерируя вакуумное ультрафиолетовое излучение.
Цель работы состоит в разработке установки для исследования особенностей испарения веществ вакуумным ультрафиолетом и изменений свойств поверхностей.
Поставленная цель достигается за счет методики определения параметров плазмы в приповерхностном слое по интерферограмме, а также разработанного магнитоплазменного компрессора эрозионного типа в качестве источника излучения.
Для выполнения работы требуют решения следующие задачи:

• Литературный обзор методов получения вакуумного ультрафиолетового излучения и методов диагностики его влияния на поверхность твердых тел;
• Экспериментальное исследование влияния вакуумного ультрафиолетового излучения на материалы на примере металла и оптического покрытия;
• Разработка источника плазмы, и, как результат источника вакуумного ультрафиолетового излучения, разработка держателя образцов, разработка вакуумной камеры для проведения эксперимента
• Выполнение расчетов (вакуумного и электротехнического), оценка энергии излучения разряда.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ. 8
1 РЕФЕРАТИВНАЯ ЧАСТЬ. 9
1.1 Теоретические основы взаимодействия излучения с веществом. 9
1.1.1 Основные процессы поглощения в материалах. 9
1.1.2 Взаимосвязь процессов при воздействии излучением на материалы. 11
1.1.3 Особенности нагрева излучением. 12
1.1.4 Тепловые эффекты в конденсированных средах. 13
1.1.5 Термические эффекты, сопровождающие нагрев. 15
1.2 Методы оптической диагностики процессов испарения вещества излучением. 22
1.2.1 Теневые методы.. 22
1.2.2 Интерферометрия и методика расчета показателя преломления по интерферограмме. 23
1.2.3 Система оптической диагностики. 28
1.3 Источники ВУФ излучения. 29
1.3.1 Источник ЭУФ излучения на основе лазерной плазмы.. 29
1.3.2 Источник ЭУФ излучения на основе Z-пинча. 31
1.3.3 Электроразрядные источники ВУФ излучения. 34
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. 38
2.1 Испарение свинца и исследование плазмы его паров. 38
2.2 Влияние ВУФ излучения на отражающие и пропускающие свойства оптических покрытий. 44
3 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ. 48
3.1 Разработка источника плазмы. 48
3.2 Разработка вакуумной камеры.. 53
3.3 Разработка держателя образцов. 55
3.5 Подбор комплектующих. 57
4 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ. 58
4.1 Определение индуктивности токопроводящих шин и получение осциллограммы тока. 58
4.2 Определение времени откачки вакуумной камеры. 62
4.3 Определение энергии излучения, приходящей на поверхность. 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 76
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ. 77
ПРИЛОЖЕНИЕ А.. 80

ВВЕДЕНИЕ

Начиная с 50-х годов прошлого века наблюдается резкое возрастание интереса к физическим проблемам, связанным с измерением и использованием вакуумного ультрафиолетового излучения.
С одной стороны, появилась возможность посылать научную аппаратуру за пределы поглощающей атмосферы Земли, что позволяет исследовать излучение Солнца, звезд и межзвездного пространства в далекой ультрафиолетовой области спектра. С другой стороны, за последнее десятилетие был разработан ряд технических методов, с помощью которых можно в лабораторных условиях достичь чрезвычайно высоких температур. Возникающие при высоких температурах явления служат либо непосредственно объектом исследования при изучении далекой ультрафиолетовой области, либо источниками излучения для других исследовательских задач. Кроме того, было обнаружено, что решению многих задач физики твердого тела может существенно помочь исследование ряда аспектов взаимодействия излучения в области вакуумного ультрафиолета с различными материалами.
Данная работа посвящена разработке установки, позволяющей изучать влияния широкополосного вакуумного ультрафиолетового излучения высокой яркости на поверхность твердых тел. В дальнейшем возможно исследование изменения оптических, конструкционных свойств материалов, подвергнутых воздействию.

1 РЕФЕРАТИВНАЯ ЧАСТЬ
1.1 Теоретические основы взаимодействия излучения с веществом
Взаимодействие излучения с сильнопоглощающими материалами в широком диапазоне плотностей световых потоков хорошо описывается тепловой моделью, согласно которой весь процесс в целом может быть условно разделен на несколько стадий:
1) Поглощение света и передача энергии тепловым колебаниям решетки твердого тела;
2) Нагревание материала без разрушения;
3) Разрушение материала и разлет образующихся продуктов (абляция);
4) Остывание после окончания взаимодействия.
Прежде, чем перейти к стадии нагревания, рассмотрим основные процессы поглощения в материалах, предшествующие нагреванию [1].
1.1.1 Основные процессы поглощения в материалах
При взаимодействии излучения с поверхностью среды оно частично отражается, а частично проникает внутрь материала, поглощается в нем и, как правило, достаточно быстро переходит в тепло. В этом случае изменение плотности светового потока по глубине описывается законом Бугера-Ламберта-Бера:



где - плотность падающего на поверхность материала светового потока, ;
– поглощательная способность материала;
– линейный коэффициент поглощения, .
Координата отсчитывается от поверхности в глубь материала. Эта формула (1.1), справедлива, когда речь идет о металлах, металлизированных полупроводниках и диэлектриках, и может применяться в широком диапазоне длин волн. Рассматривая же величины и , входящие в нее, видно сильное различие значений в зависимости от класса материала. То же можно сказать и о механизмах поглощения света веществом и перехода света в тепло. Так, в металлах за поглощение кванты света отвечают, в основном, электроны проводимости. Энергия тепловых колебаний решетки, рассеиваемая ими, характеризуется временем релаксации порядка с. Глубина проникновения света в металл соответствует этому процессу, и протекает в слое толщиной см. Важно заметить, что длительность световых импульсов применяемых для обработки материалов значительно больше времени релаксации. Это позволяет сделать допущение, что в течение импульса тепловой источник, нагревающий решетку металла, повторяет изменения светового потока, при этом запаздывание пренебрежимо мало. Подавляющее большинство металлов описывается высокой отражательной способностью и большим коэффициентом поглощения , если речь идет о диапазоне длин волн от дальней инфракрасной области до ближней ультрафиолетовой [1].