Application of Plasma Nitriding in Medical Implants Post-Processing

The features of titanium implants nitriding in the dense stream of nitrogen ions generated in non-selfmaintainedgaseous discharge with a hollow anode are investigated. We have determined that nitridingprocess in such type of discharge is much more intense than in the non-self-maintained discharge with aplanar anode wherein there is no dense flux of ions. It has been found also that the rate of nitriding ofsurfaces oriented tangentially to the flux of ions exceeds the rate of nitriding of surfaces oriented perpendicularto the flux

Status and prospects in stellarator research at IPP KIPT

A review of works performed at the Stellarator Department of KIPT is presented. It includes radio frequency (RF) plasma start-up, RF wall conditioning, RF plasma heating and diagnostics improvements at Uragan stellarators, studies of discharges for wall conditioning at Wendelstein 7-X Helias and some theoretical studies on magnetic configurations and tritium breeding. The prospects for the studies are associated with deeper involvement in EUROfusion activities.Представлено огляд робіт, виконаних у відділі стелараторів ХФТІ, які включають в себе: високочастотне (ВЧ) створення плазми, ВЧ-чистку стінок, ВЧ-нагрівання і удосконалення діагностик у стелараторах Ураган, дослідження розрядів для очищення стінок у геліасі Wendelstein 7-X і деякі теоретичні дослідження магнітних конфігурацій і відтворення тритію. Перспективи такого роду досліджень пов'язані з більш глибоким залученням у діяльність EUROfusion.Представлен обзор работ, выполненных в отделе стеллараторов ХФТИ, которые включают в себя: высокочастотное (ВЧ) создание плазмы, ВЧ-чистку стенок, ВЧ-нагрев и усовершенствования диагностик в стеллараторах Ураган, исследования разрядов для чистки стенок в гелиасе Wendelstein 7-X и некоторые теоретические исследования магнитных конфигураций и воспроизводства трития. Перспективы такого рода исследований связаны с более глубоким вовлечением в деятельность EUROfusion

The radiation intensity of the Lyman alpha line at the ionization front in the quasi-steady plasma accelerator

Research of the radiation transport in the ionizing gas streams in the channel of the quasi-steady plasma accelerator is carried out. The quasi-one-dimensional model of the ionizing gas flow includes the MHD equations combined with the ionization and recombination kinetics equation within the framework of the modified diffusion approximation. Solution of the radiation transport equation is based on calculation of the plasma emissivity, the photon absorption coefficients, the line profile and use of the method of characteristics. Distribution of the radiation intensity for the Lyman alpha line is obtained, and also the integrated values of the density of the radiation energy and the radiation energy flux for all parts of the hydrogen spectrum along the accelerator channel are presented.Проведено исследование переноса излучения в потоках ионизующегося газа в канале квазистационарного плазменного ускорителя. Квазиодномерная модель течения ионизующегося газа основана на МГД- уравнениях с учетом кинетики ионизации и рекомбинации в рамках модифицированного диффузионного приближения. Моделирование переноса излучения основано на вычислении излучательной способности и коэффициента поглощения фотонов, определении профиля и использовании метода характеристик. Получено распределение интенсивности излучения центра альфа-линии Лаймана, а также распределения плотности энергии и плотности потока энергии излучения для всего спектра вдоль канала ускорителя.Проведено дослідження перенесення випромінювання в потоках газу, що іонізується, в каналі квазістаціонарного плазмового прискорювача. Квазіодновимірна модель течій гaзу, що іонізується, заснована на МГД-рівненнях з урахуванням кінетики іонізації і рекомбінації в рамках модифікованого дифузійного наближення. Моделювання перенесення випромінювання засноване на обчисленні випромінювальної здатності і коефіцієнтa поглинання фотонів, визначенні профілю і використанні методу характеристик. Отримано розподіл інтенсивності випромінювання центрa альфа-лінії Лаймана, а також розподіли густини енергії і густини потоку енергії випромінювання для всього спектрa уздовж каналу прискорювача

Influence of plasma stream parameters in pulsed plasma gun on modification processes in exposed structural materials

This paper is focused on investigation of helium, nitrogen and krypton plasma streams generated by pulsed plasma gun (PPA). The main objection of this study is adjustment of plasma treatment regimes for different materials that allows achieving optimal thickness of modified layer with simultaneously minimal value of surface roughness. Features of materials alloying from gas and metallic plasma as a result of the plasma ions mixing with the steel substrate in liquid phase are discussed also.Проведено аналіз параметрів гелієвих, азотних і криптонових плазмових потоків, що генеруються імпульсним плазмовим прискорювачем (ІПУ). Основним завданням цих досліджень є оптимізація режимів плазмової обробки різних матеріалів. Така оптимізація дозволяє домогтися однорідної товщини модифікованого шару та мінімального значення шорсткості поверхні. Також обговорюються особливості легування матеріалів в результаті перемішування в рідкій фазі тонкої поверхневої плівки з матеріалом.Анализируются параметры гелиевых, азотных и криптоновых плазменных потоков, генерируемых импульсным плазменным ускорителем (ИПУ). Основной задачей данных исследований является оптимизация режимов плазменной обработки различных материалов. Такая оптимизация позволяет добиться однородной толщины модифицированного слоя и минимального значения шероховатости поверхности. Также обсуждаются особенности легирования материалов в результате перемешивания в жидкой фазе тонкой пленки с материалом подложки

To the fiftieth anniversary of the KIPT torsatron program

The paper is dedicated to the 50th anniversary of controlled thermonuclear fusion studies performed at the KIPT on the specific stellarator-type experimental installations commonly referred to as “the torsatron”. Detailed data are reported on the operating thermonuclear facility “Uragan-2M”, the research results obtained with it, and also, the prospects for its use as a reactor. The advantages of the torsatron of this type are described, among them being the wide-range parameter variation capability. This is of importance for finding out the regularities related to plasma stability, heating and confinement.Робота присвячена 50-річчю досліджень у ХФТІ з проблеми керованого термоядерного синтезу на експериментальних установах спеціальної конструкції, яку прийнято називати торсатроном. Детально освітлені особливості конструкції діючої термоядерної установки торсатрона “Ураган-2М”, результати досліджень на ній та її реакторні перспективи. Відзначені достоїнства такого типу пристрою, що виражаються в можливостях широкої зміни параметрів, що важливо для встановлення закономірностей, пов’язаних із стійкістю, нагрівом і утриманням плазми.Работа посвящена 50-летию исследований в ХФТИ по проблеме управляемого термоядерного синтеза на экспериментальных установках специальной конструкции, которую принято называть торсатроном. Подробно освещены особенности конструкции действующей термоядерной установки торсатрона “Ураган- 2М”, результаты исследований на ней и ее реакторные перспективы. Отмечены достоинства такого типа устройства, выражающиеся в возможностях широкого изменения параметров, что важно для установления закономерностей, связанных с устойчивостью, нагревом и удержанием плазмы

The influence of irradiation by hydrogen plasma on the structure and phase compozition Ti-Zr-Ni alloys containing quasicrystalline phase

The effect of irradiation by ITER ELM-like hydrogen plasma heat load of 0.6 MJ/m² to change of morphology, structure and phase composition of Ti41,5Zr41,5Ni17 alloy is investigated. The initial state of such alloy is characterized by presence of crystal- approximant 1/1 phase (W-phase) with lattice constant аW = 1.428 ±0.0003 nm and icosahedral quasi-crystalline phase (i-phase) with quasi-crystalline parameter aq = 0.5175 ±0.0003 nm. Plasma irradiation causes creation of re-solidified layer with depth up to 50 μm and phase transformation of crystal- approximant 1/1 to quasi-crystalline phase.Исследовано влияние облучения водородными плазменными потоками с тепловыми нагрузками 0,6 MДж/м², подобными ИТЭР ГЛМ, на изменение морфологии, структуры и фазового состава сплава Ti41,5Zr41,5Ni17. Исходное состояние такого сплава характеризуется присутствием фазы кристалла– аппроксиманта 1/1 (W-фазы) с периодом решетки аW = 1.428 ±0.0003 нм и икосаэдрической квазикристаллической фазы (i-фаза) с параметром квазикристалличности aq = 0,5175±0,0003 нм. Плазменное облучение вызывает создание повторно затвердевшего слоя с глубиной до 50 мкм и превращение фазы кристалла- аппроксиманта 1/1 в квазикристалическую фазу.Досліджено вплив опромінення водневими плазмовими потоками з тепловими навантаженнями 0.6 MJ/m² , які подібні до ІТЕР ГЛМ, на зміну морфології, структури та фазового складу сплаву Ti41,5Zr41,5Ni17. Вихідний стан такого сплаву характеризується присутністю фази кристала-апроксиманта 1/1 (W-фази) з періодом решітки аW = 1.428 ± 0.0003 нм та ікосаедричної квазікристалічної фази (i-фаза) з параметром квазікристалічності aq = 0,5175 ± 0,0003 нм. Плазмове опромінення викликає створення повторно затверділого шару з глибиною до 50 мкм і перетворення фази кристала-апроксиманта 1/1 у квазікристалічну фазу

Characteristics of the plasma created by ECR plasma source for thin films deposition

The construction of planar ECR plasma source with multipolar magnetic field is described and the distribution of plasma parameters is measured. Plasma density and electron temperature at the distance 2,5 cm from the magnet surface achieve 5×10¹⁰ сm⁻³ and 22,5 eV accordingly and they linearly decreased with the moving off from ECR zone. The possibility of homogeneous and dense films deposition for both pure metals and alloys is shown.В роботі розглянута конструкція планарного ЕЦР плазмового джерела з мультипольним магнітним полем та виміряно розподіл параметрів створюваної плазми. На відстані 2,5 см від поверхні магнітів густина плазми та електронна температура 5 *10¹⁰ см⁻³ та 22,5 еВ відповідно, які лінійно зменшуються при віддаленні від ЕЦР зони. Показана можливість нанесення однорідних та щільних плівок, як чистих металів, так і сплавів.В работе описана конструкция планарного ЭЦР плазменного источника с мультипольным магнитным полем и измерены распределения параметров создаваемой плазмы. На расстоянии 2,5 см от поверхности магнитов плотность плазмы и электронная температура 5*10¹⁰ см⁻³ и 22,5 еВ соответственно, которые линейно спадают при удалении от ЭЦР зоны. Показана возможность напыления однородных и плотных пленок, как чистых металлов, так и сплавов

Modification of Ti-Zr-Ni alloys by powerful plasma stream of different gases

The effects of irradiation by hydrogen, helium and argon plasma heat loads of 0.4 … 0.6 MJ/m2 on the change of morphology, structure and phase composition of Ti41.5Zr41.5Ni17 alloy are investigated. The initial state of such alloy is characterized by presence of a crystal- approximant 1/1 phase (W-phase) with lattice constant аW = 1.428 ±0.0003 nm, Laves phase (L phase) with the lattice period a = 0.6043 ± 0.0003 nm and an icosahedral quasi-crystalline phase (i-phase) with quasi-crystalline parameter aq= 0.5175 ±0.0003 nm. Plasma irradiation causes formation of the icosahedral quasi-crystalline phase in re-solidified layer with depth up to 100 μm. The substructure parameters: size of the coherence area, the value of micro-strain, phason defect concentration and the value of residual macro-stresses are determined by the plasma parameters.Исследовано влияние облучения водородными, гелиевыми, аргоновыми плазменными потоками с тепловыми нагрузками 0,4…0,6 MДж/м2 на изменение морфологии, структуры и фазового состава сплава Ti41,5Zr41,5Ni17. Исходное состояние такого сплава характеризуется присутствием фазы кристалла-аппроксиманта 1/1 (W-фазы) с периодом решетки аW = 1,428 ±0,0003 нм, фазы Лавеса (L-фаза) с периодом решётки a = 0,6043±0,0003 нм и икосаэдрической квазикристаллической фазы (i-фаза) с параметром квазикристалличности aq = 0,5175±0,0003 нм. Установлено, что плазменное облучение вызывает в поверхностном слое до 100 мкм формирование квазикристаллической икосаэдрической фазы. Установлено, что параметры субструктуры фазы: размер области когерентности, величина микронапряжений и плотность фазонов, а также уровень остаточных напряжений, определяются параметрами плазменного потока.Досліджено вплив опромінення водневими, гелієвими, аргонними плазмовими потоками з тепловими навантаженнями 0,4…0,6 MДж/м2 на зміну морфології, структури і фазового складу сплаву Ti41,5Zr41,5Ni17. Початковий стан такого сплаву характеризується присутністю фази кристала-апроксиманта 1/1 (W-фази) з періодом решітки аw = 1,428 ± 0,0003 нм, фази Лавеса (L-фаза) з періодом решітки a = 0,6043 ± 0,0003 нм і ікосаедричної квазікристалічної фази (i-фаза) з параметром квазікристалічності aq = 0,5175 ± 0,0003 нм. Встановлено, що опромінення плазмою викликає в поверхневому шарі до 100 мкм формування квазікристалічної ікосаедричної фази. Показано, що параметри субструктури фази: розмір області когерентності, величина мікронапружень, а також рівень залишкових макронапружень, визначаються параметрами плазми в потоці

Helium release from 12Cr18Ni10Ti stainless steel after impact of steady-state glow discharge helium plasma

The thermal desorption experiments were carried out to study the process of helium outgassing from the stainless steel 12Cr18Ni10Ti after exposure to a steady state glow discharge (GD) plasma in He atmosphere. The currentvoltage characteristics in different plasma regimes have been measured and estimation of He ions energy has been made. Measurements of He release from the stainless steel probes showed the saturation of probe surface with He after the fluencies of ~ 4⋅10¹⁹ ion/cm². The value of He outgassing strongly depends on the regime of GD plasma: pressure of work gas, discharge voltage, etc. Several maximums, including the maximum at the temperature of 100…150 °C, were registered in the He desorption curves that indicated different He atom states on the surface and in the nearest surface bulk. Physical mechanisms of such He outgassing are discussed.Проведені термодесорбційні експерименти по вивченню процесу виділення гелію з нержавіючої сталі 12Х18Н10Т після дії плазми стаціонарного тліючого розряду в атмосфері He. Зміряні вольт-амперні характеристики в різних режимах плазми, і проведена оцінка енергії іонів He. Вимірювання газовиділення He з нержавіючої сталі методом імпульсної термодесорбції показали, що спостерігається насичення поверхні зонда гелієм при дозах ~ 4⋅10¹⁹ іон/см². Величина швидкості десорбції He сильно залежить від режиму плазми: тиску робочого газу, напрузі розряду і т.д. На кривих десорбції He зареєстровано кілько максимумів, включаючи максимум при 100…150 °C, що вказує на різні стани перебування атомів He на поверхні і в приповерхневому об'ємі. Обговорюються фізичні механізми такої поведінки газовиділення He.Проведены термодесорбционные эксперименты по изучению процесса выделения гелия из нержавеющей стали 12Х18Н10Т после воздействия плазмы стационарного тлеющего разряда в атмосфере He. Измерены вольт-амперные характеристики в различных режимах, и произведена оценка энергии ионов He. Измерения выхода He из нержавеющей стали методом импульсной термодесорбции показали, что наблюдается насыщение поверхности зонда гелием при дозах ~ 4⋅10¹⁹ ион/см². Величина газовыделения He сильно зависит от режима плазмы: давления рабочего газа, напряжения разряда и т.д. На кривых десорбции He зарегистрирован ряд максимумов, включая максимум при температуре 100…150 °C, указывающих на различные состояния атомов He на поверхности и в приповерхностном объеме. Обсуждаются физические механизмы такого характера газовыделения He

Influence of increased sliding speed on the structure and properties of piston rings with ion-plasma coating

The technology of ion-plasma hardening of oil-scraper piston rings of D100 diesel engine by multilayer TiN/CrN composition is proposed. Comparative tests for friction and wear of the piston rings have been carried out and the multiple increasing in wear resistance of the rings with ion-plasma coating is shown. An estimation of the change in their microhardness before and after the tests was performed. The nature of the change in the composition of coatings: both in the initial state and during operation by local micro-X-ray spectral analysis was established. A method for estimating the effective thickness of coatings, which is protected by a patent, is proposed.Запропоновано технологію іонно-плазмового зміцнення маслоз'ємних поршневих кілець дизельгенератора Д100 багатошаровою композицією TiN/CrN. Проведено порівняльні випробування на тертя і знос і показано багаторазове підвищення зносостійкості поршневих кілець з іонно-плазмовим покриттям y порівнянні з серійними. Виконано оцінку зміни їх мікротвердості до- і після випробувань. Мікрорентгеноспектральним аналізом встановлено характер зміни складу покриттів: як в початковому стані, так і в процесі експлуатації. Запропоновано метод оцінки ефективної товщини покриттів, який захищений патентом.Предложена технология ионно-плазменного упрочнения маслосъемных поршневых колец дизельгенератора Д100 многослойной композицией TiN/CrN. Проведены сопоставительные испытания на трение и износ и показано многократное повышение износостойкости поршневых колец с ионно-плазменным покрытием по сравнению с серийными. Выполнена оценка изменения их микротвердости до- и после испытаний. Микрорентгеноспектральным анализом установлен характер изменения состава покрытий как в исходном состоянии, так и в процессе эксплуатации. Предложен метод оценки эффективной толщины покрытий, который защищён патентом