nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2025-3-192-200nuc-891Research ArticleСтатьиРАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ОТКЛОНЕНИЯ ПЕРВИЧНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА НА ПЛАЗМЕННО-ПУЧКОВОЙ УСТАНОВКЕDEVELOPMENT OF AN ELECTROMAGNETIC SYSTEM FOR DEFLECTING THE PRIMARY ELECTRON BEAM IN A PBIhttps://orcid.org/0000-0002-2188-8075МиниязовА. Ж.MiniyazovA. Zh.

Миниязов Арман Жанарбекович - директор Центра технологических компетенций в сфере водородной энергетики.

Курчатов

Kurchatov

Miniyazov@nnc.kzhttps://orcid.org/0000-0003-3716-8846СкаковМ. К.SkakovM. K.

Скаков Мажын Канапинович - главный научный сотрудник.

Курчатов

Kurchatov

skakov@nnc.kzhttps://orcid.org/0000-0002-1541-6231ТуленбергеновТ. Р.TulenbergenovT. R.

Туленбергенов Тимур Рымбекович - старший научный сотрудник лаборатории водородных и плазменных технологий, докторант Исследовательской школы физических и химических наук.

Курчатов; Семей

Kurchatov; Semey

tulenbergenov@nnc.kzhttps://orcid.org/0000-0003-4578-1798ЧектыбаевБ. Ж.ChektybayevB. Zh.

Чектыбаев Бауржан Жамбулович - начальник отдела термоядерных исследований.

Курчатов

Kurchatov

chektybaev@nnc.kzhttps://orcid.org/0000-0002-7665-4022СоколовИ. А.SokolovI. A.

Соколов Игорь Андреевич - начальник лаборатории водородных и плазменных технологий, докторант Исследовательской школы физических и химических наук.

Курчатов; Семей

Kurchatov; Semey

sokolov@nnc.kzhttps://orcid.org/0000-0002-2803-5972ГрадобоевА. В.GradoboevA. V.

Градобоев Александр Васильевич - профессор-консультант отделения экспериментальной физики (ИЯТШ).

Томск

Tomsk

gava@tpu.ru«Центр технологических компетенций в сфере водородной энергетики» филиала ИАЭ РГП НЯЦ РК; Филиал «Институт атомной энергии» РГП НЯЦ РККазахстан“Center for Technological Competence in Hydrogen Energy” branch IAE RSE NNC RK; Branch “Institute of Atomic Energy” RSE NNC RKKazakhstanРГП «Национальный ядерный центр Республики Казахстан»КазахстанRSE “National Nuclear Center of the Republic of Kazakhstan”Kazakhstan«Центр технологических компетенций в сфере водородной энергетики» филиала ИАЭ РГП НЯЦ РК; Филиал «Институт атомной энергии» РГП НЯЦ РК; НАО «Шәкәрім Университет»Казахстан“Center for Technological Competence in Hydrogen Energy” branch IAE RSE NNC RK; Branch “Institute of Atomic Energy” RSE NNC RK; NP JSC “Shakarim University”KazakhstanФилиал «Институт атомной энергии» РГП НЯЦ РККазахстанBranch “Institute of Atomic Energy” RSE NNC RKKazakhstanТомский политехнический университетРоссияTomsk Polytechnic UniversityRussian Federation20252210202503192200Copyright © Миниязов А.Ж., Скаков М.К., Туленбергенов Т.Р., Чектыбаев Б.Ж., Соколов И.А., Градобоев А.В., 20252025Миниязов А.Ж., Скаков М.К., Туленбергенов Т.Р., Чектыбаев Б.Ж., Соколов И.А., Градобоев А.В.Miniyazov A.Z., Skakov M.K., Tulenbergenov T.R., Chektybayev B.Z., Sokolov I.A., Gradoboev A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/891

Работа посвящена разработке электромагнитной системы отклонения первичного электронного пучка на плазменно-пучковой установке (ППУ). Система, состоящая из двух пар взаимно перпендикулярных катушек, обеспечивает двухмерное управление положением пучка, что позволяет снизить удельную тепловую мощность, увеличить общую мощность пучково-плазменного разряда (ППР), проводить нагрев и рекристаллизационный отжиг с минимальным градиентом температуры. Рассчитаны параметры катушек для создания магнитной индукции до 62,66 мТл. Визуально подтверждено отклонение электронного пучка на поверхности металлической пластины, подтверждающее работоспособность и функциональную гибкость электромагнитной системы при управлении. Эксперименты в режиме ППР с применением метода дифференциального коллектора (апертурный зонд) показали увеличение ионного тока с 9 мА до 12 мА при ускоряющем напряжении электронного пучка 5 кВ, давлении дейтерия 1 мТорр и амплитуде развертки 27,95 дБ.

The work is dedicated to the development of an electromagnetic system for deflecting the primary electron beam in a plasma-beam installation (PBI). The system, consisting of two pairs of mutually perpendicular coils, enables two-dimensional control of the beam position, which allows for a reduction in specific thermal power, an increase in the total power of the beam-plasma discharge (BPD), and the implementation of heating and recrystallization annealing with a minimal temperature gradient. The coil parameters were calculated to generate a magnetic induction of up to 62.66 mT. The deflection of the electron beam on the surface of a metal plate was visually confirmed, demonstrating the operability and functional flexibility of the electromagnetic control system. Experiments in BPD mode using the differential collector method (aperture probe) showed an increase in ion current from 9 mA to 12 mA at an electron beam accelerating voltage of 5000 V, a deuterium pressure of 1 mTorr, and a deflection amplitude of 27.95 dB.

КТМППУППРэлектромагнитная системаэлектронный пучокразверткаKTMPBIBPDelectromagnetic systemelectron beamdeflectionРабота выполнена в Национальном ядерном центре Республики Казахстан в рамках научно-технической программы № BR23891779 по теме «Научно-техническое обеспечение экспериментальных исследований на Казахстанском материаловедческом токамаке КТМ».ReferencesKazakhstan Material Testing Tokamak KTM Construction [Электронный ресурс]. – 2022. – Режим доступа: https://www.nnc.kz/ru/news/show/348 (дата обращения: 22.03.2025 г.).Kazakhstan Material Testing Tokamak KTM Construction [Электронный ресурс]. – 2022. – Режим доступа: https://www.nnc.kz/ru/news/show/348 (дата обращения: 22.03.2025 г.).Патент РК на полезную модель № 2080. Имитационный стенд с плазменно-пучковой установкой / Колодешников А.А., Зуев В.А., Гановичев Д.А., Туленбергенов Т.Р. и др.– опубл. 15.03.2017.– Бюл. № 5.Patent RK na poleznuyu model' No. 2080. Imitatsionnyy stend s plazmenno-puchkovoy ustanovkoy / Kolodeshnikov A.A., Zuev V.A., Ganovichev D.A., Tulenbergenov T.R. i dr. – opubl. 15.03.2017. – Byul. No. 5. (In Russ.)Chektybayev B.Zh., Skakov M.K., Tulenbergenov T.R., Sokolov I.A., Miniyazov A.Zh., Zhanbolatova G.K., Nauryzbayev R.Zh. Measurement of plasma parameters in the PBI using the Langmuir probe // Fusion Engineering and Design. – August 2024. – Vol. 205. – 114546. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2024.114546Chektybayev B.Zh., Skakov M.K., Tulenbergenov T.R., Sokolov I.A., Miniyazov A.Zh., Zhanbolatova G.K., Nauryzbayev R.Zh. Measurement of plasma parameters in the PBI using the Langmuir probe // Fusion Engineering and Design. – August 2024. – Vol. 205. – 114546. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2024.114546Chektybayev B., Zhunisbek S., Kashikbayev Ye, Duisen A., Sokolov I., Tulenbergenov T. First spectroscopic studies in the plasma-beam installation // AIP Advances. – 2024. – Vol. 14. – 095218. https://doi.org/10.1063/5.0224254Chektybayev B., Zhunisbek S., Kashikbayev Ye, Duisen A., Sokolov I., Tulenbergenov T. First spectroscopic studies in the plasma-beam installation // AIP Advances. – 2024. – Vol. 14. – 095218. https://doi.org/10.1063/5.0224254Kurnaev V., Vizgalov I., Gutorov K., Tulenbergenov T., Sokolov I., Kolodeshnikov A., Ignashev V., Zuev V., Bogomolova I., Klimov N. Investigation of plasma-surface interaction at plasma beam facilities // Journal of Nuclear Materials. – 2015. – Vol. 463. – P. 228–232. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2014.12.076Kurnaev V., Vizgalov I., Gutorov K., Tulenbergenov T., Sokolov I., Kolodeshnikov A., Ignashev V., Zuev V., Bogomolova I., Klimov N. Investigation of plasma-surface interaction at plasma beam facilities // Journal of Nuclear Materials. – 2015. – Vol. 463. – P. 228–232. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2014.12.076Tulenbergenov T.R., Skakov M.K., Miniyazov A.Zh., Sokolov I.A., Kaiyrdy G.K. The role of a simulation stand with a plasma-beam installation in studies of plasma-surface interaction // NNC RK Bulletin. – 2019. – Issue 4(80). – P. 51–58.Tulenbergenov T.R., Skakov M.K., Miniyazov A.Zh., Sokolov I.A., Kaiyrdy G.K. The role of a simulation stand with a plasma-beam installation in studies of plasma-surface interaction // NNC RK Bulletin. – 2019. – Issue 4(80). – P. 51–58.Coda, S. Diagnostic techniques for measuring suprathermal electron dynamics in plasmas // Review of Scientific Instruments. – 2008. – Vol. 79. – 10F501. https://doi.org/10.1063/1.2966599Coda, S. Diagnostic techniques for measuring suprathermal electron dynamics in plasmas // Review of Scientific Instruments. – 2008. – Vol. 79. – 10F501. https://doi.org/10.1063/1.2966599Dadyka, D. I., & Anisimov, I. O. Ignition of the beam-plasma discharge in the initially neitral gas // Problems of Atomic Science and Technology. – 2018. – Vol. 116(4). – P. 204–207.Dadyka, D. I., & Anisimov, I. O. Ignition of the beam-plasma discharge in the initially neitral gas // Problems of Atomic Science and Technology. – 2018. – Vol. 116(4). – P. 204–207.Savinov, V. P., Kruglov, M. S., Riaby, V. A., Chervyakov, A. V., & Yakunin, V. G. Plasma Interaction with Boundary Surfaces in Low-Pressure Radio-Frequency Capacitive Discharge // Physics of Atomic Nuclei. – 2019. – Vol. 82(10). – P. 1433–1436. https://doi.org/10.1134/S106377881910017XSavinov, V. P., Kruglov, M. S., Riaby, V. A., Chervyakov, A. V., & Yakunin, V. G. Plasma Interaction with Boundary Surfaces in Low-Pressure Radio-Frequency Capacitive Discharge // Physics of Atomic Nuclei. – 2019. – Vol. 82(10). – P. 1433–1436. https://doi.org/10.1134/S106377881910017XDadyka, D. I., & Anisimov, I. O. Quasi-stationary mode of the beam-plasma discharge // Problems of Atomic Science and Technology. – 2018. – Vol. 118(6). – P. 164–167.Dadyka, D. I., & Anisimov, I. O. Quasi-stationary mode of the beam-plasma discharge // Problems of Atomic Science and Technology. – 2018. – Vol. 118(6). – P. 164–167.A. A. Kaptanoglu, G. P. Langlois, M. Landreman, Topology optimization for inverse magnetostatics as sparse regression: Application to electromagnetic coils for stellarators // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. – 2024. – Vol. 418. https://doi.org/10.1016/j.cma.2023.116504A. A. Kaptanoglu, G. P. Langlois, M. Landreman, Topology optimization for inverse magnetostatics as sparse regression: Application to electromagnetic coils for stellarators // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. – 2024. – Vol. 418. https://doi.org/10.1016/j.cma.2023.116504L. V. Zinovyev et al., Start of Electron Cooling System for the NICA Booster // Physics of Particles and Nuclei Letters. – 2018. – Vol. 15. – P. 745–748. https://doi.org/10.1134/S1547477118070737L. V. Zinovyev et al., Start of Electron Cooling System for the NICA Booster // Physics of Particles and Nuclei Letters. – 2018. – Vol. 15. – P. 745–748. https://doi.org/10.1134/S1547477118070737Zenker, R. Modern electron beam technologies for soldering and surface treatment / R. Zenker, А. Buchwalder, N. Frenkler, S. Thiemer // Vakuum in Forschung und Praxis. – 2005. – Vol. 17. – P. 66–72. https://doi.org/10.1002/vipr.200500247Zenker, R. Modern electron beam technologies for soldering and surface treatment / R. Zenker, А. Buchwalder, N. Frenkler, S. Thiemer // Vakuum in Forschung und Praxis. – 2005. – Vol. 17. – P. 66–72. https://doi.org/10.1002/vipr.200500247Momoyo Enyama, Ryuji Nishi, Hiroyuki Ito, Jun Yamasaki, Low-aberration ExB deflector optics for scanning electron microscopy // Microscopy. – 2023. – Vol. 72. – Issue 5. – P. 399–407. https://doi.org/10.1093/jmicro/dfad001Momoyo Enyama, Ryuji Nishi, Hiroyuki Ito, Jun Yamasaki, Low-aberration ExB deflector optics for scanning electron microscopy // Microscopy. – 2023. – Vol. 72. – Issue 5. – P. 399–407. https://doi.org/10.1093/jmicro/dfad001A. Scheinker, Adaptive machine learning for robust diagnostics and control of time-varying particle accelerator components and beams // Information (Switzerland). – 2021. – Vol. 12(4). – 181. https://doi.org/10.3390/info12040161A. Scheinker, Adaptive machine learning for robust diagnostics and control of time-varying particle accelerator components and beams // Information (Switzerland). – 2021. – Vol. 12(4). – 181. https://doi.org/10.3390/info12040161M. A. R. Krielaart, D. J. Maas, S. V. Loginov, P. Kruit, Miniature electron beam separator based on three stacked dipoles // Journal of Applied Physics. – 2020. – Vol. 127. https://doi.org/10.1063/5.0008089M. A. R. Krielaart, D. J. Maas, S. V. Loginov, P. Kruit, Miniature electron beam separator based on three stacked dipoles // Journal of Applied Physics. – 2020. – Vol. 127. https://doi.org/10.1063/5.0008089R. Zenker, A. Buchwalder, N. Frenkler, S. Thiemer, Moderne Elektronenstrahltechnologien zum Fügen und zur Randschichtbehandlung. Modern Electron Beam Technologies for Soldering and Surface Treatment // Vakuum in Forschung und Praxis. – 2005. – Vol. 17. – Issue 2. – P. 66–72. https://doi.org/10.1002/vipr.200500247R. Zenker, A. Buchwalder, N. Frenkler, S. Thiemer, Moderne Elektronenstrahltechnologien zum Fügen und zur Randschichtbehandlung. Modern Electron Beam Technologies for Soldering and Surface Treatment // Vakuum in Forschung und Praxis. – 2005. – Vol. 17. – Issue 2. – P. 66–72. https://doi.org/10.1002/vipr.200500247

The authors declare that there are no conflicts of interest present.