The microplasma aluminum and titanium oxidation in condensed environments

The plant intended for the microplasma oxidation of the materials whose oxides possess semiconductor properties has been developed. The coatings consisting of corundum Al²O³-α (hexagonal syngony) and the two transition modifications of aluminum oxide Al²O³-η (cubic syngony) and Al²O³-θ (monoclinic syngony) were cultivated by the aluminum substrate. The crystals in the form of anatase and rutile oxides (tetragonal syngony) were grown by the titanium substrate. The Al hardness was increased from 81 tо 97 as for the HRB scale. The adhesion force for the aluminum substrate ranged from HF1 to HF3, and for the titanium substrate it was HF3. The coating morphology was established. The coatings were applied on aluminum items. The promising fields of application were defined.Створена установка для здійснення процесу мікроплазмового оксидування матеріалів, оксиди яких мають напівпровідникові властивості. Отримано покриття на алюмінії, що складаються з корунду Al²O³-α (гексагональна сингонія) і двох перехідних модифікацій оксиду алюмінію: Al²O³-η (кубічна сингонія) і Al²O³-θ (моноклінна сингонія). На титані отримані кристали у вигляді оксидів анатазу і рутилу (тетрагональна сингонія). Для Al твердість за шкалою HRB зросла з 81 до 97. Сила адгезії для алюмінію - HF1...HF3, для титану - HF3. Отримана морфологія покриттів. Проведено нанесення покриттів на алюмінієві вироби. Позначені подальші застосування.Создана установка для осуществления процесса микроплазменного оксидирования материалов, оксиды которых обладают полупроводниковыми свойствами. Получены покрытия на алюминии, состоящие из корунда Al²O³-α (гексагональная сингония) и двух переходных модификаций оксида алюминия: Al²O³-η (кубическая сингония) и Al²O³-θ (моноклинная сингония). На титане получены кристаллы в виде оксидов анатаза и рутила (тетрагональная сингония). Для Al твердость по шкале HRB выросла с 81 до 97. Сила адгезии для алюминия - HF1...HF3, для титана - HF3. Получена морфология покрытий. Проведено нанесение покрытий на алюминиевые изделия. Обозначены дальнейшие применения

Plasma guns of an erosion type with the pulse-periodic gas-metal injection

The design of the modular plasma guns of an erosion type that operate in the pulse-periodic mode has been described. The injection of the electrode and dielectric materials occurs due to the combination of many processes initiated by the high-voltage surface discharge. The guns with the dielectrics of (C₂H₄)n and (C₂F₄)n types have been compared. Optical spectrograms of discharges for a (C₂F₄)n dielectric have been obtained. The radial and axial spread of sprayed components that are the part of plasma guns has been specified and the composition of the sediments deposited on the targets has been defined.Описано влаштування плазмових гармат ерозійного типу модульної конструкції, що працюють у імпульсно-періодичному режимі. Інжекція матеріалу електродів та діелектрика відбуваються за рахунок комплексу процесів при високовольтному поверхневому розряді. Проведено порівняння гармат з діелектриками (C₂H₄)n- та (C₂F₄)n-типу. Отримано оптичні спектрограми розрядів для (C₂F₄)n-діелектрика. Визначено радіальний та осьовий розліт розпилених компонентів, що входять до складу плазмових гармат. Визначено склад осаду на мішені

Delving into some specific features of the magnetic systems used for the plasma recycling of the spent nuclear fuel (SNF)

Consideration was given to some specific issues of the development of magnetic systems intended for the SNF plasma separators to separate, extract and deposit the actinides and also to magnetic systems of a different purpose, in particular plasma source (PS), isotope separation system and low – temperature compensation system, including plasma jet (PJ) preparation system designed for the creation of an “umbrella-like” ion beam and for the film deposition in the “pocket”.Розглянуто деякі питання створення магнітних систем плазмових сепараторів ВЯП для розділення та вилучення осаджених актиноїдів. Також розглянуто магнітні системи для різного призначення: плазмового джерела (ПД), поділу ізотопів та низькотемпературної компенсуючої плазми, підготовки плазмового струменю ПД для створення «зонтичного» іонного пучка та осадження плівок у «кишені»

Experimental testing bench for the diagnostics of plasma generated by pulsed guns with the dielectric surface breakdown

The experimental testing bench “ETB-PG” was designed to study the operation of plasma guns. The constructional design of plasma guns with replaceable dielectric operating on the surface sparkover basis has been proposed. Discharge currents and voltages under atmospheric and vacuum conditions have been determined. The two types of discharges were detected in the pressure range varying from the atmospheric value to 10⁻⁵ Torr. An experimental Paschen curve has been plotted. A statistical dependence of the types of discharges on the number of pulses, the pressure in the chamber, and the breakdown voltage has been established. The results of optical studies of the plasma flow generated by plasma guns in the vacuum of 2∙10⁻⁴ to 2∙10⁻⁵ Torr have been presented. The propagation velocity of the plasma flow in axial and radial directions has been measured. The glow time of the injected plasma was determined for different types of the discharges. The spectrograms of the composition and degree of the plasma ionization have been obtained.Створено експериментальний науково-дослідний стенд «ЕНДС-ПГ» для дослідження роботи плазмових гармат. Запропонована конструкція плазмових гармат зі змінним діелектриком, що працюють за принципом електричного пробою по поверхні. Визначені струм та напруга розряду в атмосферних та вакуумних умовах. Виявлено два типи розряду в діапазоні тиску від атмосферного до 10⁻⁵ Торp. Побудована експериментальна крива Пашена. Встановлена статистична залежність типів розряду від кількості імпульсів, тиску в камері та напруги пробою. Представлено результати оптичних досліджень плазмового потоку, що створюється плазмовими гарматами у вакуумі від 2∙10⁻⁴ дo 2∙10⁻⁵ Торp. Оцінено швидкість розповсюдження плазмового потоку в аксіальному та радіальному напрямках. Визначено час свічення плазми, що інжектується при різних типах розряду. Отримано спектрограми складу та ступеню іонізації плазми.Создан экспериментальный научно-исследовательский стенд «ЭНИС-ПП» для исследования работы плазменных пушек. Предложена конструкция плазменных пушек со сменным диэлектриком, работающих с перекрытием по поверхности. Определены токи и напряжения разряда в атмосферных и вакуумных условиях. Обнаружено два типа разряда в диапазоне давлений от атмосферного до 10⁻⁵ Торр. Построена экспериментальная кривая Пашена. Установлена статистическая зависимость типов разрядов от количества импульсов, давления в камере и напряжения пробоя. Представлены результаты оптических исследований плазменного потока, создаваемого плазменными пушками в вакууме от 2∙10⁻⁴ дo 2∙10⁻⁵ Торр. Оценена скорость распространения плазменного потока в аксиальном и радиальном направлениях. Определено время свечения инжектируемой плазмы при разных типах разряда. Получены спектрограммы состава и степени ионизации плазмы

Numerical simulation of influence of the non-equilibrium excitation of molecules on direct detonation initiation by spark discharge

The influence of the non-equilibrium excitation of molecules on a direct detonation initiation by spark discharge was evaluated by a comparison of simulation result when the delayed vibrational excitation was taken into account with a result where the excitation effect was neglected. A numerical model of the spark channel expansion in chemically reacting gas was used. It was found out that increased critical energy of detonation initiation caused by the delayed activation of the vibrational excited states of polyatomic molecules in an initiating shock wave.Досліджено вплив нерівноважного збудження молекул на пряме ініціювання детонації іскровим розрядом шляхом порівняння чисельних результатів моделювання у випадку урахування уповільненого коливального збудження з результатами розрахунків без урахування цього процесу. Для досліджень використано математичну модель розширення іскрового каналу в газі, що реагує. Виявлено, що зростання критичної енергії ініціювання детонації викликано уповільненим коливним збудженням багатоатомних молекул в ініціюючій ударній хвилі.Исследовано влияние неравновесного возбуждения молекул на прямое инициирование детонации искровым разрядом путем сравнения численных результатов моделирования в случае учета замедленного колебательного возбуждения с результатами расчетов без учета этого процесса. Для исследования использовалась математическая модель расширения искрового канала в реагирующем газе. Выявлено, что возрастание критической энергии инициирования детонации вызвано замедленным колебательным возбуждением многоатомных молекул в инициирующей ударной волне

Influence of the energy parameters of the primary circuit on the current characteristics of the DIN-2K accelerator

Optimal voltage values were established for plasma guns and the pulsed current generator providing maximum break current values. The current values were determined for the plasma jumper formation region. The optimal time delay between the triggering of the plasma guns and the pulsed current generator has been established. The beam current was measured in the region behind the vacuum diode and in the plasma jumper region. The ultimate current was determined for the available plant geometry.Встановлено оптимальні значення напруги для плазмових гармат і генератора імпульсного струму, що забезпечують максимальні значення струму розриву. Значення струму визначено для області формування плазмової перемички. Встановлено оптимальну затримку часу між спрацьовуванням плазмових гармат і генератора імпульсного струму. Струм пучка вимірювався в області за вакуумним діодом і в області плазмової перемички. Граничний струм був визначений для наявної геометрії установки

On the possibility of obtaining a beam of heavy ions in the form of an “open umbrella” with subsequent deposition in the separator manifold

The study of SNF reprocessing is impossible without obtaining and studying a multicomponent, low-energy and complex ion beam of an “umbrella” shape. The beam is obtained from a plasma flow created in a plasma source (PS) with a magnetic field of about 3 T, flowing along the axis into a weak magnetic field, at a level of 0.1…0.5 T. At the same time, its density decreases, and the entire energy of the plasma is converted into a jet directed along the axis. To randomize the particles of the jet plasma, a reflecting magnetic field is further placed on the axis. Without changing direction, the plasma flows in a hollow magnetic force tube around a solenoid with a reverse magnetic field. In this region, ions are drawn out in the radial direction towards the annular hole of the “pocket”. The target ions, M (230-277) follow umbrella trajectories and, being neutralized, are deposited in the “pocket” on the inner walls, the remaining ∼ 3% are scattered and remain on the walls of the separator.Вивчення переробки ВЯП неможливе без отримання та вивчення багатокомпонентного низькоенергетичного та складного іонного пучка “парасолькової” форми. Пучок виходить з потоку плазми, створеного в джерелі плазми (ДП) з магнітним полем близько 3 Тл, далі втікає по осі в слабке магнітне поле, на рівні 0,1…0,5 Тл. Його щільність зменшується, і вся енергія плазми перетворюється на струмінь, спрямований уздовж осі. Для хаотизації частинок струминної плазми на осі додатково розміщується магнітне поле відбивного соленоїда. Не змінюючи напрямки, плазма тече в порожній магнітній силовій трубі навколо соленоїда зі зворотним магнітним полем. У цій області іони витягуються у радіальному напрямку до кільцевого отвору “кишені”. Цільові іони М (230-277) слідують “парасольковими” траєкторіями і, нейтралізуючись, осідають у “кишені” на внутрішніх стінках. А решта, ∼ 3%, розсіюються і залишаються на стінках сепаратора

Research of the thermal desorption processes in oxide mixtures at laser effect

To investigate the physical-chemical processes occurring during the heating stage of spent nuclear fuel magneto plasma reprocessing a study of thermal desorption of oxides and oxide mixtures as SNF simulators under the influence of stationary laser radiation are being studied. Preliminary experiments were carried out. X-ray diffraction and energy dispersive X-ray microanalysis of the film deposited on the substrate after laser influence on a mixture of B₂O₃/ZrO₂ oxides have been performed.Для вивчення фізико-хімічних процесів, що відбуваються на стадії нагріву магнітоплазмової переробки відпрацьованого ядерного палива (ВЯП), проводиться дослідження процесів термодесорбції оксидів і оксидних сумішей - імітаторів ВЯП при впливі стаціонарного лазерного випромінювання. Проведено попередні експерименти, виконані рентгенодифракційний і енергодисперсійний рентгенівський мікроаналізи плівки, осадженої на підкладку після лазерного впливу на суміш оксидів B₂O₃/ZrO₂.Для изучения физико-химических процессов, происходящих на стадии нагрева магнитоплазменной переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), проводится исследование термодесорбции оксидов и оксидных смесей – имитаторов ОЯТ при воздействии стационарного лазерного излучения. Проведены предварительные эксперименты, выполнены рентгенодифракционный и энергодисперсионный рентгеновский микроанализы пленки, осажденной на подложку при лазерном воздействии на смесь оксидов B₂O₃/ZrO₂

Preliminary study of the demo plasma separator

This paper outlines the preliminary study of a plasma components electromagnetic separator. This device is intended for separating the heavy components of spent nuclear fuel (SNF) from the light ones. The power consumed in this process is expected to comprise about 1·10³ eV per particle. We performed our experiments with the SNF simulating gas mixture. The results obtained permit to draw a conclusion that the effect of separation may be achieved.Описано попередні дослідження можливості розділення важкої та легкої компонент відпрацьованого ядерного палива (ВЯП) при енерговитратах на рівні біля 1⋅10³ еВ/атом на електромагнітному плазмовому сепараторі елементів. Експерименти проводились на суміші газів, що імітує ВЯП. Отримані результати дозволяють зробити висновок про досягнення ефекту розділення.Описаны предварительные исследования возможности разделения тяжелой и легкой компонент отработанного ядерного топлива (ОЯТ) при энергозатратах на уровне около 1⋅ 10³ эВ/атом на электромагнитном плазменном сепараторе элементов. Эксперименты проводились на смеси газов, имитирующих ОЯТ. Полученные результаты позволяют сделать вывод о достижении эффекта разделения

The conceptual design of a demo-imitation separatorthe model of a plasma mass filter for irradiated oxide uranium fuel

The design of a demo-imitation separator is presented which is the model of a plasma filter for the masses of irradiated oxide uranium fuel. Expected setup productivity is ~15…20 tons/year of the material – imitator, that corresponds to the production of SNF per year in WWER-1000 reactor. A non-radioactive multicomponent mixture of oxides of actinides, lanthanides, zirconium, molybdenum can be used as a working material for research. Depending on the state of the working material, the separator may have a horizontal or vertical position.Представлено конструкцію демонстраційно-імітаційного сепаратора, що є моделлю плазмового фільтра для мас-опроміненого оксидного уранового палива. Очікувана продуктивність установки складає ~ 15…20 тонн на рік матеріалу-імітатора, що відповідає виробленню ВЯП на рік реактора ВВЕР-1000. Як робочий матеріал для дослідження можна використовувати нерадіоактивну багатокомпонентну суміш оксидів актиноїдів, лантаноїдів, цирконію, молібдену. В залежності від стану робочого матеріалу, сепаратор може мати горизонтальне або вертикальне положення.Представлена конструкция демонстрационно-имитационного сепаратора, который является моделью плазменного фильтра для масс-облученного оксидного уранового топлива. Ожидаемая производительность установки составляет ~ 15…20 тонн на год материала-имитатора, что соответствует наработке ОЯТ в год реактора ВВЭР-1000. В качестве рабочего материала для исследования может использоваться нерадиоактивная многокомпонентная смесь оксидов актиноидов, лантаноидов, циркония, молибдена. В зависимости от состояния рабочего материала сепаратор может иметь горизонтальное или вертикальное положение