Registration Number
0826U001135, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
24-07-2026
popup.evolution
o
Title
Comprehensive Model of Electron Optics of Technological Guns of High-Voltage Glow Discharge
Author
Mykhailo Y. Skrypka,
popup.head Ihor V. Melnyk
popup.opponent Dmytro V. Vinnychenko
popup.opponent Pavlo V. Porytskyi
popup.review Leonid Y. Tsybulsky
popup.review Serhii B. Sydorenko
popup.rada
National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
Description
Скрипка М.Ю. Комплексна модель електронної оптики технологічних гармат високовольтного тліючого розряду — Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 171 Електроніка. НТУУ «КПІ імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026.
Мета роботи — створення комплексної чисельної моделі електронних гармат високовольтного тліючого розряду (ВТР), яка узгоджено моделює процеси формування, транспортування та фокусування електронного пучка, забезпечуючи оптимізацію параметрів електродів і режимів розряду для досягнення заданих технологічних характеристик.
Актуальність обумовлена широким застосуванням електронно-променевих технологій у зварюванні, нанесенні покриттів, плавленні матеріалів та адитивному виробництві, де необхідне точне керування профілем і фокусуванням електронних пучків.
Об'єкт дослідження — процеси формування та транспортування електронного пучка в електронних гарматах ВТР, що працюють у середовищі залишкового газу та формують пучок за участю плазмової межі. Предмет дослідження — методи узгодження та оптимізації параметрів тліючого розряду (напруги, розподілу потенціалу, тиску газу, геометрії електродів) для отримання пучка із заданими характеристиками.
У роботі проаналізовано еволюцію конструктивних рішень електронних гармат — від термоелектронних джерел до плазмових гармат із само-підтримуваним тліючим розрядом, а також розвиток підходів до їх розрахунку: від аналітичних наближень до гібридних моделей, що поєднують розв'язання рівняння Лапласа, кінетичні моделі руху електронів та процедури оптимізації.
На цій основі розроблено новий спосіб розрахунку, який полягає у декомпозиції електронної гармати на взаємопов'язані підсистеми: геометрія електродів, плазмова межа, електростатичне поле, кінематика електронів, механізми втрат та критерії оптимізації. Комплексна модель реалізована в середовищі GNU Octave і включає модулі побудови геометрії, розрахунку межі плазми, обчислення потенціалу (задача Лапласа), визначення електричного поля, інтегрування траєкторій електронів та автоматичної оптимізації параметрів.
Модель реалізує замкнений обчислювальний цикл: геометрія електродів формує межі для задачі Лапласа → потенціальне поле визначає прискорення електронів → траєкторії формують показники ширини пучка та фокусної зони → отримані значення є критеріями для оптимізації радіуса кривизни катода. Такий підхід забезпечує узгодженість на всіх рівнях моделювання.
Основні результати: виконано чисельну оптимізацію радіуса кривизни катода та знайдено конфігурації, що мінімізують ширину пучка. Отримано оптимальні параметри гармати, що забезпечують ширину пучка близько 3 мм за фокусної відстані ~85 мм. Розглянуто коренево-поліноміальні функції (RPF) для інтерполяції граничних траєкторій, показано їх переваги над класичними методами для короткофокусних пучків. Проаналізовано покращену геометрію анода, що забезпечує зменшення втрат електронів і рівномірне поле в зоні прискорення.
Верифікація моделі на основі експериментальних даних показала відхилення в межах 10–15%, що підтверджує коректність електростатичної моделі, моделі плазмової межі та початкових умов емісії, а також придатність підходу до інженерних розрахунків.
Наукова новизна полягає у розробці методики інтеграції різнорідних моделей в єдиний чисельний інструмент. Вперше показано, що поєднання електростатичної моделі, RPF-апроксимації та параметричної оптимізації забезпечує високу точність розрахунку профілю пучка у гарматах ВТР. Вперше запропоновано механізм автоматичного циклу перерахунку з динамічною зміною геометрії та граничних умов, що забезпечує збіжність до оптимального рішення.
Практичне значення — створення інструменту для проєктування електронних гармат, налаштування технологічних режимів та верифікації нових конструктивних рішень. Модель може бути інтегрована в системи автоматизованого проєктування та розширена для врахування просторового заряду, магнітного фокусування, зіткнень електронів із газом і термоемісії.
Registration Date
2026-04-21
popup.nrat_date
2026-04-21 / 2026-08-15
