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

A simple data acquisition system based on Arduino platform for non-self-sustained gas

A simple data acquisition system based on Arduino Nano platform is developed. Bluetooth wireless protocol is used for data transmission. Android OS application for data visualization and recording is developed. The system was successfully applied for acquiring data of Langmuir probe measurements in the non-self-sustained discharge with a hollow anode.Разработана простая система сбора данных на основе платформы Arduino Nano. Bluetooth протокол был ис- пользован для передачи данных. Приложение для визуализации и записи данных разработано для операцион- ной системы Android. Система была успешно применена для сбора данных зондовых измерений в несамостоя- тельном газовом разряде с полым анодомРозроблено просту систему збору даних на основі платформи Arduino Nano. Bluetooth протокол було вико- ристано для передачі даних. Додаток для візуалізації та запису даних розроблено для операційної системи Android. Система була успішно застосована для збору даних зондових вимірювань в несамостійному газовому роз- ряді з порожнистим анодом

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

Erosion behavior of nickel diffusion membranes in conditions of water electrolysis

Preliminary studies of the erosion resistance of Ni diffusion membranes under the conditions of water electrolysis in various modes were carried out. Particular attention was paid to the time dependencies of the current, voltage and the electrolyte temperature during the process. Both electrodes, anode and cathode, were in the form of tubes of Ni-99.5% wt. The electrolyte was pure drinking water after the filter with mineralization (ppm) 14, as well as water with the addition of sodium bicarbonate (mineralization 140...160 ppm). It is demonstrated that after several hours of operation cathodes showed no signs of erosion or other damages. The degree of erosion was assessed by weighing, and the state (morphology) of the surface was visually examined using an optical microscope. As for the anode, even when electrolyzing sufficiently pure water (ppm = 14), there is noticeable erosion and surface damage. To elucidate the reasons for such behavior of Ni electrodes, further studies are planned, in particular, using some other materials as an anode.Проведено попередні дослідження ерозійної стійкості дифузійних мембран з Ni в умовах електролізу води в різних режимах. Особливу увагу було приділено вимірюванню залежності струму та напруги на електродах, температури електроліту від часу процесу. Обидва електроди, анод та катод, були виконані у вигляді трубок з Ni-99,5 ваг.%. Як електроліт використовували чисту воду після фільтра з мінералізацією 14 проміле, а також воду з додаванням соди (мінералізація 140...160 проміле). Показано, що катоди після декількох годин роботи не виявили жодних ознак ерозії чи інших ушкоджень. Ступінь ерозії оцінювали шляхом зважування, а стан (морфологію) поверхні візуально за допомогою оптичного мікроскопа. Що стосується анода, навіть при електролізі достатньо чистої води (14 проміле), спостерігається суттєва ерозія та пошкодження поверхні. Для з’ясування причин такої поведінки планується провести подальші дослідження, зокрема, використовуючи інші матеріали в якості аноду

Influence of multipolar magnetic field geometry of ECR planar plasma source on plasma parameters

The plasma parameters and its homogeneity were measured in ECR planar plasma source with multipolar magnetic field, which is created by three parallel magnetic bars of 12 cm in length consisted of set of the permanent magnets of 2 cm length. Geometry of the multipolar magnetic field is able to be changed by variation of the polarity and the distance between separate magnets along the bars. For magnetic system with alternative orientation of the magnetic field the plasma density up to 2.8×10¹⁰ сm¯³ and the electron temperature about 20-22 eV were measured within the area ~ 75 cm² at the distance of 2 cm apart the magnetic structure. The uncompensated ion flow with the energies of 16-18 eV was observed for all configurations of magnetic field.Параметри плазми та її однорідність були виміряні у планарному ЕЦР-плазмовому джерелі із мультипольним магнітним полем, яке утворювалося паралельними магнітними стрижнями довжиною 12 см, що складались з окремих постійних магнітів по 2 см кожний. Геометрія мультипольного магнітного поля змінювалася за рахунок варіювання полярності окремих магнітів та відстані між ними вздовж стрижня. Для магнітної системи з перемінною орієнтацією магнітного поля магнітів вздовж стрижня та с зазором 0,8 см між ними густина плазми складала 2.8×10¹⁰ сm¯³ та електронна температура 20-22 еВ. Показана однорідність параметрів плазми на площині ~ 75 cm² на відстані 2 см від магнітної структури. Для усіх конфігурацій магнітного поля спостерігався некомпенсований потік іонів з енергією 16-18 еВ.Измерены параметры плазмы и их однородность в планарном ЭЦР- плазменном источнике с мультипольным магнитным полем, которое создавалось параллельными магнитными стержнями длинной 12 см, состоящих из отдельных постоянных магнитов по 2 см каждый. Геометрия мультипольного магнитного поля изменялась за счет выбора полярности отдельных магнитов и расстояния между ними вдоль магнитного стержня. Для магнитной системы с переменной вдоль стержня ориентацией магнитного поля магнитов и с зазором 0,8 см между ними плотность плазмы составила 2.8×10¹⁰ сm¯³ и электронная температура 20-22 эВ. Показана однородность параметров плазмы на площади ~ 75 cm² на расстоянии 2 см от магнитной структуры . Для всех конфигураций магнитного поля наблюдался некомпенсированный поток ионов с энергией 16-18 эВ