Фізико-топологічне моделювання електронних пристроїв з індукційним нагріванням емітерів частинок

Основний зміст сторінки статті

Наталія Вікторівна Шинкаренко
Сергій Олексійович Майкут
к.т.н. доц. Леонід Юрийович Цибульский
д.т.н. проф. Анатолій Іванович Кузьмичєв

Анотація

Розглянуто принципи фізико-топологічного моделювання пристроїв з індукційним нагріванням функціональних елементів до температур термоелектронної емісії та/або випаровування робочої речовини. Це моделювання базується на розв'язанні системи фундаментальних рівнянь з урахуванням конструкції і топології функціональних елементів. Визначені ієрархія пов'язаних елементарних процесів і зв’язок моделей нижнього рівня з моделями вищого рівня. На прикладі індукційного випарника з концентратором магнітного поля наведені декомпозиція загального процесу і ієрархія елементарних процесів. Розглянуто моделі пристроїв з індукційним нагріванням емітерів частинок – термоіонного випарника для осадження покриття з іонізацією пара електронами, які емітує вставка на тиглі, i рентгенівської трубки з індуктивно-розжарюваним термокатодом. Розраховані електромагнітні поля і струми, теплообмін та емісійні потоки частинок. Оптимізовані конструкції цих пристроїв шляхом аналізу траєкторій термоелектронів.

Блок інформації про статтю

Як цитувати
[1]
Н. В. Шинкаренко, С. О. Майкут, Л. Ю. Цибульский, і А. І. Кузьмичєв, «Фізико-топологічне моделювання електронних пристроїв з індукційним нагріванням емітерів частинок», Мікросист., Електрон. та Акуст., т. 27, вип. 1, с. 252810–1, Квіт 2022.
Розділ
Мікросистеми та фізична електроніка

Посилання

S. Grundas, Advances in Induction and Microwave Heating of Mineral and Organic Materials. InTech, 2011, ISBN: 978-953-307-522-8.

O. Lucia, P. Maussion, E. . Dede, and J. Burdio, “Induction Heating Technology and Its Applications: Past Developments, Current Technology, and Future Challenges,” IEEE Trans. Ind. Electron, vol. 60, no. 5, pp. 2509–2520, 2013. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2013.2281162.

“Vacuum Induction Melting,” in ASM Handbook, 2008, pp. 1–8.

B. N. P. Vishnuram, G. Ramachandiran, T. S. Babu, “Induction Heating in Domestic Cooking and Industrial Melting,” Energies, vol. 14, no. 20, pp. 1–34, 2021, DOI: https://doi.org/10.3390/en14206634.

D. R. Gibson, D. Yates, J. O’Driscoll, and J. Allen, “A Versa-tile Plasma Source for Thin Film Processing Ap-plications”, 43rd Annual Conference Proceedings of the Society of Vacuum Coaters, ISSN: 0757-5921, 2000. pp. 203–206. URL: https://www.svc.org/DigitalLibrary/document.cfm/1718/A-Versatile-Plasma-Source-for-Thin-Film-Processing-Applications

A. Kuzmichev and L.Tsybulsky, “Evaporators with Induction Heating and Their Applications,” in Advances in Induction and Microwave Heating of Mineral and Organic Materials, 2010, pp. 269–302, DOI: https://doi.org/10.5772/13934

D. Child, D. Gibson, F. Placido, and E. Waddell, “Enhanced hollow cathode plasma source for assisted low pressure electron beam deposition processes,” Surf. Coat. Technol, vol. 267, pp. 105–110, 2015, DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.12.030.

A. I. Kuz'michov, L. YU. Tsybul'skiy, S. YU. Sidorenko, “Termoemissionnyi ionizator parov metallov [Thermoemission ionizer of metal vapour],” Her. Khmelnytskyi Natl. Univ., vol. 231, no. 6, pp. 217–224, 2015, URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Vchnu_tekh_2015_6_47.

A. I. Kuz'michov, L. YU. Tsibul'skiy, S. A. Maykut, I. M. Drozd, “Induktsionno-termicheskii metod polucheniya mikro- i nanochastits [Inductive-termal method of obtaining micro- and nanoparticles],” Nanosistemi Nanomater. Nanotehnologii [Nanosustems, Nanomater. nanotechnologies], vol. 15, no. 1, pp. 141–162, 2017, URL: https://www.imp.kiev.ua/nanosys/media/pdf/2017/1/nano_vol15_iss1_p0141p0162_2017.pdf.

G. Herdrich and M. Auweter-Kurtz, “Inductively heated plasma sources for technical applications,” Vacuum, vol. 80, pp. 1138–1143, 2006, DOI: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2006.01.044.

Ye. Berlin, V. Grigor'yev, L. Seydman, Induktivnye istochniki vysokoplotnoi plasmy i ih technologicheskie primenetiya [Inductive sources of high density plasma and their application]. 2018, ISBN: 978-5-94836-519-0.

P. K. Roy, A. Moon, K. Mima, S. Nakai, M. Fujita, K. Imasaki, C. Yamanaka, E. Yasuda, T. Watanabe, N. Ohigashi, Y. Okuda and Y. Tsunawaki, “Study of a laser heated electron gun,” Rev. Sci. Instruments, vol. 67, no. 12, pp. 4098–4102, 1996, DOI: 10.1063/1.1147577.

J. R. Nosov, K. O. Petrosjanc, and V. A. Shilin, Matematicheskie modeli jelementov integral’noj jelektroniki [Mathematical models of integrated electronics elements]. Moscow: Soviet radio, 1976, URL: https://www.libex.ru/detail/book792792.html.

I. P. Norenkov and V. B. Manichev, Osnovy teorii i proektirovanija SAPR [Fundamentals of CAD theory and design]. Moscow: High school, 1990, ISBN: 5-06-000730-8.

L. Yu. Tsybulskyi, “Physical-topological modelling techniques of metal induction evaporator,” Visnyk NTUU KPI Seriia - Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia. no. 63, pp. 107-118, 2015, URL: http://radap.kpi.ua/radiotechnique/article/view/1160. DOI: https://doi.org/10.20535/RADAP.2015.63.107-118.

L. Tsibulskiy, “Numerical calculation of temperature distribution in crucible of induction evaporator with magnetic field concentrator”, Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., no. 50(2), pp. 92–100, Dec. 2015. URL: http://visnykpb.kpi.ua/article/view/57766. DOI: https://doi.org/10.20535/1970.50(2).2015.57766

E. Ryndin and I. Pisarenko, “Study of transient processes in a p-i-n photodetector using the nonstationary physical-topological model,” Russ. Microelectron., vol. 46, no. 3, pp. 186–191, 2017, DOI: https://doi.org/10.1134/S1063739717030064.

V. S. Boldasov, B. I. Volkov, A. G. Sveshnikov, and Η. N. Semashko, “Matematicheskie metody modelirovanija formirovanija i transportirovki ionnyh puchkov [Mathematical methods for modeling the formation and transport of ion beams],” Vestn. Mosk. Univ. Ser. Vychislitel’naja Mat. i Kibern., no. 1, pp. 3–14, 1978.

J. R. Nosov, K. O. Petrosjanc, and V. A. Shilin, Matematicheskie modeli jelementov integral’noj jelektroniki [Mathematical models of integrated electronics elements]. 1976, URL: https://www.libex.ru/detail/book792792.html.

V. P. Sigorskij, Matematicheskij apparat inzhenera [Mathematical apparatus of an engineer]. Kyiv: Tekhnika, 1977.

“ANSYS, Inc.” [Online]. Available: https://www.ansys.com/.

“COMSOL inc.” [Online]. Available: https://www.comsol.com/.

I. S. Duff, A. M. Erisman, and J. K. Reid, Direct Methods for Sparse Matrices. 2017, ISBN: 9780198508380.

A. E. Sluhockij and S. E. Ryskin, Induktory dlja indukcionnogo nagreva [Inductors for induction heating]. Leningrad: Energiya, 1974, URL: http://ccimlab-leti.ru/publs/A.E.Sluhockij-Induktory_dlja_indukcionnogo_nagreva-1974.pdf.

V. S. Nemkov and V. B. Demidovich, Teorija i raschet ustrojstv indukcionnogo nagreva [Theory and calculation of induction heating devices]. Leningrad: Energoatomizdat, 1988, URL: https://www.studmed.ru/nemkov-vs-demidovich-vb-teoriya-i-raschet-ustanovok-indukcionnogo-nagreva_8e2732b1107.html.

S. Deshman, Nauchnye osnovy vakuumnoj tehniki [Scientific foundations of vacuum technology]. Moscow: Mir, 1964.

J. Shackelford and W. Alexander, Materials Science and Engineering Handbook. Boca Raton: : CRC Press LLC, 2011.

V. N. Andronov, B. V. Chekin, and S. V. Nesterenko, Zhidkie metally i shlaki : spravochnik [Liquid metals and slags: a reference book]. Moscow: Metallurgija, 1977.

V. P. Isachenko, V. A. Osipova, and A. S. Sukomel, Teploperedacha: uchebnik dlja vuzov [Heat transfer: a textbook for universities]. Moscow: Jenergija, 1975.

V. Zinov’ev, Teplofizicheskie svojstva metallov pri vysokoj temperature spravochnoe izdanie [Thermophysical properties of metals at high temperature reference book]. Moscow: Metallurgija, 1989.

V. P. Glushko, Termodinamicheskie svojstva individual’nyh veshhestv : spravochnoe izdanie [Thermodynamic properties of individual substances: reference book]. Moscow: Nauka, 1981.

D. H. Zigel’, Teploobmen izlucheniem [Heat transfer by radiation]. Moscow: Mir, 1975.

M. A. Miheev and I. M. Miheeva, Osnovy teploperedachi [Fundamentals of heat transfer]. Moscow: Jenergija, 1977.

F. N. Sarapulov, Raschet moshhnostej i jelektromagnitnyh sil v ustanovkah indukcionnogo nagreva: uchebnoe posobie [Calculation of powers and electromagnetic forces in induction heating installations: tutorial]. Yekaterinburg: UGTU, 1998.

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають