Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разрабатывают прибор для контроля зарядового и элементного состава многокомпонентной плазмы, который не имеет аналогов в мире.

Ионно-плазменная обработка материалов для улучшения их прочности и других свойств применяется во многих высокотехнологичных отраслях: авиа- и машиностроении, медицине, электронике. При генерации металлической плазмы используются многокомпонентные катоды, содержащие различные примеси. Чтобы после обработки получить материал с нужными характеристиками, необходимо контролировать параметры плазменного потока — соотношение элементов и зарядовое состояние ионов, определяющее их энергию. Существующие приборы представляют собой массивные установки, предназначенные для использования только в лабораторных исследованиях. Компактное устройство позволит вести оперативный контроль параметров плазмы в условиях реального производственного процесса.

«При производстве катодов нередко допускаются нарушения в технологическом процессе, и в состав материала попадают элементы, влияющие на характеристики полученных покрытий и ионно-модифицированных поверхностей. На вид это не определить, а обработанный такой плазмой продукт в результате не имеет нужных свойств, и партия, допустим, электроники оказывается некачественной. Наш прибор позволяет определять состав плазмы непосредственно в технологическом процессе», — рассказал аспирант ТПУ
Алексей Шевелев.

Компактный спектрометр состоит из источника импульсного и постоянного напряжения, системы сеточных электродов и трубы дрейфа, в которой осуществляется транспортировка и разделение ионов по их массам и зарядовым состояниям. Приходящие на детектор ионные пучки формируют импульсы тока, после анализа которых прибор выдаст исследователю или оператору информацию о соответствии или несоответствии плазмы заданным технологическим режимам обработки материала.

Разработка основана на результатах исследований коллектива лаборатории 22 физико-технического института ТПУ, которой руководит профессор
Александр Рябчиков. Ученые уже получили первые результаты, подтвердившие возможности прибора.

«Мы хотим запатентовать инновационную разработку и организовать коммерческое производство, потому что потребность в таком приборе определенно есть — только в Томске насчитывается несколько десятков лабораторий, где прибор мог бы найти применение», — говорит
Алексей Шевелев.

На продолжение проекта аспирант ТПУ выиграл грант по программе «УМНИК» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере и получит 400 тысяч рублей на два года.

«Ионно-плазменные технологии в России достаточно развиты. Например, вакуумно-дуговое осаждение — это достижение Советского Союза и одна из первых технологий, которая пошла на Запад. Несмотря на очевидный провал 90-х, мы до сих пор остаемся на хорошем мировом уровне в этой области — задаем моду, а не пытаемся слепо копировать, — рассуждает автор разработки. — Поэтому появление такого прибора именно у нас неудивительно. Наш спектрометр уникален не только своими размерами и удобством — он будет дешевым и доступным».