logotype
    

OF PROKHOROV GENERAL PHYSICS INSTITUTE RAS

 

  
line decor
   English version
line decor
 
 
 
 

 

 
 

Laboratory of Electrophysical Studies

Basic directions

Creation of a closed physical model of electric discharge in a vacuum, which could describe all stages of its operation: breakdown, spark and arc discharges.

Main results of studies

Fundamentals of Acton model of cathode spot vacuum discharge are formulated and received experimental confirmation. According to this model the functioning of the cathode spot is a short-term (about 10^(-8) sec) release of electrons at the microscopic explosion on the surface of the cathode. Model describes the totality of physical processes in vacuum discharge: from the cathode to the plasma. (Work together with the Institute of Electrophysics UB RAS).

With Acton model of the cathode spot we gave an explanation to the physical effects of dense plasma formations near cathode. It is shown that this occurrence is caused by the interaction of liquid metal droplets and plasma jets emitted by the cathode spots. By analogy with the hunter shot at a flying bird, a phenomenon called "Hunting Effect".

Based on the concept of deep potentialwell, a model of transient collective acceleration of ions in the spark stage of vacuum discharge is proposed. The principal possibility of formation of the potential well in the event of a virtual cathode in the explosive-diode. The results of these studies are the basis for the development and establishment of generators of high-ion beams of a fundamentally new type.

Equipment

Laboratory staff involved in collaborative research on the experimental equipment of the Institute of Electrophysics UB RAS (Ekaterinburg), the Institute of High Current Electronics SB RAS (Tomsk), Joint Institute for Nuclear Research (Dubna).

Participation in federal programs and contests

  • Basic Research Program of the Presidium of RAS "Fundamental problems of the relativistic impulse and steady-state high-power electronics"
  • Grant of RFBR "Model of collective ion acceleration in the spark stage of vacuum discharge"
  • Grant of RFBR "Research of Acton mechanism of initiation and the dynamics of vacuum breakdown in accelerator diodes of high-current electron injectors and electrodynamic systems of Gigawatt microwave sources "
  • Grant of RFBR "Effect of ion irradiation on the processes of wetting and spreading of liquid metals on the graphite surface"

Publications

2014

  1. G.A.Mesyats, M.B. Bochkarev, A.A. Petrov, S.A. Barengolts. On the mechanism of operation of a cathode spot cell in a vacuum arc. Allpied Physics Letters. 2014. V. 104. 184101.
  2. Shmelev D. L., Barengolts S0. A., Tsventoukh M. M. 2014 On the anode potential fall in a vacuum arc: PIC simulation Plasma Sources Sci. Technol. 23 062004
  3. Hwangbo D., Kajita S., Barengolts S. A., Tsventoukh M. M., Ohno N. "Transition in velocity and grouping of arc spot on different nanostructured tungsten electrodes" Results in Physics 2014, 4 pp. 33-39
  4. Yury R Kolobov, Marina Yu Smolyakova, Anastasia Yu Kolobova, Andrey A Ionin, Sergey I Kudryashov, Sergey V Makarov, Pavel N Saltuganov, Dmitry A Zayarny and Alexander E Ligachev Superhydrophylic textures fabricated by femtosecond laser pulses on sub-micro- and nano-crystalline titanium surfaces. Laser physics letters 11 125602 (2014).
  5. R H Amirov, S A Barengolts, E V Korostylev, N V Pestovskii, A A Petrov, I S Samoylov, S Yu Savinov. Ordering of the flame track in the ring mode of the Trichel pulse negative corona discharge. Journal of Physics: Conference Series, 2014. принято к печати.
  6. E V Oreshkin, S A Barengolts, S A Chaikovsky, and V I Oreshkin.  An avalanche of runaway electrons formed in an air discharge Journal of Physics: Conference Series, 2014. 552 p. 012023
  7. Шмелев Д.Л., Баренгольц С.А., Щитов Н.Н. Влияние дейтерирования катода на параметры вакуумно-дуговой плазмы Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40. В. 18. С. 16.
  8. Г.Ю. Юшков, А.Г. Николаев, В.П. Фролова, Е.М. Окс, Г.С. Румянцев, С.А. Баренгольц  Масс-зарядовый состав плазмы вакуумной дуги с катодом из циркония, насыщенного дейтерием Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40. В. 23. С. 74
  9. Barengol'ts, S. A., Ivanov, V. V.;Ratakhin, N. A.; Shpak, V. G.; Charushin, V. N., Kovalev, N. F., Gulyaev, Yu. V.,Shcherbakov, I. A.; Kostyuk, V. V.  The Role of Academic Institutes in the Development of Electrophysics and New Types of Electronics Paper Discussion. Herald of RAS. Vol. 84 , No 4 pp. 246-251

 

2012-2013

  1. D. L. Shmelev and S. A. Barengolts, Kinetic Modeling of Initiation of Explosion Center on Cathode Under Dense Plasma IEEE Trans. Plasma Sci. 41, 1959 (2013)
  2. D. L. Shmelev and S. A. Barengolts, Modeling of Cathode Plasma Flare Expansion IEEE Trans. Plasma Sci. 41, 1964 (2013);
  3. Andrey A. Ionin, Sergey I. Kudryashov, Sergey V. Makarov, Pavel N. Saltuganov, Leonid V. Seleznev, Dmitry V. Sinitsyn, Evgene V. Golosov, Artem A. Goryainov, Yury R. Kolobov, Kateryna A. Kornieieva, Andrei N. Skomorokhov, Alexander E. Ligachev, Femtosecond laser modification of titanium surface: direct imprinting of hydroxylapatite nanopowder and wettability tuning via surface microstructuring, Laser Physics Letters 10, 045605 (2013). 
  4. A.A. Ionin, Y.M. Klimachev, A.Y. Kozlov, S.I. Kudryashov, A.E. Ligachev, S.V. Makarov, L.V. Seleznev, D.V. Sinitsyn, A.A. Rudenko, R.A. Khmelnitsky, Direct femtosecond laser fabrication of antireflective layer on GaAs surface, Applied Phys. B111, 419-423 (2013).
  5. Andrey A. Ionin, Sergey I. Kudryashov, Sergey V. Makarov, Leonid V. Seleznev, Dmitry V. Sinitsyn, Alexander E. Ligachev, Evgene V. Golosov, Yury R. Kolobov, Sub-100-Nanometer Transverse Gratings Written by Femtosecond Laser Pulses on Titanium Surface, Laser Physics Letters 10, 056004 (2013).
  6. A.A. Ionin, S.I. Kudryashov, S.V. Makarov, A.A. Rudenko, L.V. Seleznev, D.V. Sinitsyn, E.V. Golosov, Y.R. Kolobov, A.E. Ligachev, Beam spatial profile effect on femtosecond laser surface structuring of titanium in scanning regime, Appl. Surf. Sci. 284 634 (2013).
  7. Lednev, Vasily N. ; Pershin, Sergey M.,Ionin, Andrey A.;Kudryashov, Sergey I., Makarov, Sergey V.; Ligachev, Alexander E.; Rudenko, Andrey A.; Chmelnitsky, Roman A.; Bunkin, Alexey F. Laser ablation of polished and nanostructured titanium surfaces by nanosecond laser pulses. SPECTROCHIMICA ACTA PART B-ATOMIC SPECTROSCOPY  10   15 (2013).
  8. М.М. Цвентух, С.А. Баренгольц, В.Г. Месяц, Д.Л. Шмелев, “Обратное движение катодных пятен первого типа в тангенциальном магнитном поле” ПЖТФ, 2013, том 39, выпуск 21, c 1–9
  9. A.A. Ионин, С.И. Кудряшов, А.Е. Лигачев, С.В. Макаров, Н.Н. Мельник, А.А. Руденко, Л.В. Селезнев, Д.В. Синицын, Р.А. Хмельницкий, Усиление локального электромагнитного поля за счет металлических поверхностных периодических структур, полученных при помощи фемтосекундных лазерных импульсов, Квант. Электрон. 43 (4), 304-307 (2013).
  10. В.А. Подвязников, В.К. Чевокин, «Высоковольтный лабораторный источник питания», ПТЭ, 2013, № 6, стр. 116
  11. С.В. Гагарский, В.В. Кийко, В.А. Кондратьев, В.А. Подвязников, А.Н. Сергеев, В.К. Чевокин, «Управление временными характеристиками излучения мини-лазера при помощи активной внутрирезонаторной оптики», Известия ВУЗов, серия Приборостроение, № 9, 2013.

 

2011

  1. S. A. Barengolts, G. A. Mesyats, M. M. Tsventoukh "Explosive Electron
    Emission Ignition at the "W-Fuzz" Surface Under Plasma Power Load" IEEE
    Trans. Plas. Sci., 2011, Vol 39, issue 9, pp. 1900-1904.
  2. Орешкин Е.В., Баренгольц С.А., Огинов А.В., Орешкин В.И., Чайковский
    С.А., Шпаков К.В. Тормозное излучение быстрых электронов в длинных газовых
    промежутках. ПЖТФ, т.37, вып.12, с.80-87.
  3. Е.В. Голосов, A.A. Ионин, Ю.Р. Колобов, С.И. Кудряшов, А.Е. Лигачев, Ю.Н.
    Новоселов, Л.В. Селезнев, Д.В. Синицын, Сверхбыстрая оптика поверхности
    титана и фемтосекундная лазерная запись одномерных нанорешеток ее рельефа,
    ЖЭТФ 140, 1(7), 21-35 (2011).
  4. Е.В. Голосов, A.A. Ионин, Ю.Р. Колобов, С.И. Кудряшов, А.Е. Лигачев, С.В.
    Макаров, Ю.Н. Новоселов, Л.В. Селезнев, Д.В. Синицын, Формирование
    периодических наноструктур на поверхности алюминия под действием
    фемтосекундных лазерных импульсов, Российские нанотехнологии 6 (3-4), 59-63
    (2011).
  5. E. V. Golosov, A. A. Ionin, Yu. R. Kolobov, S. I. Kudryashov, A. E.
    Ligachev, S.V. Makarov, Yu. N. Novoselov, L. V. Seleznev, D. V. Sinitsyn,
    Topological evolution of self-induced silicon nanogratings during prolonged
    femtosecond laser irradiation, Appl. Phys. A 104 (2), 701-705 (2011), DOI
    10.1007/s00339-011-6323-2.
  6. E.V. Golosov, A.A. Ionin, Yu.R. Kolobov, S.I. Kudryashov, А.Е. Ligachev,
    S.V. Makarov, Yu.N. Novoselov, L.V. Seleznev, D.V. Sinitsyn, A.R. Sharipov,
    Near-threshold femtosecond laser fabrication of one-dimensional
    sub-wavelength nanogratings on graphite surface, Phys. Rev. B 83, 115426
    (2011).
  7. А.A. Ионин, С.И. Кудряшов, А.Е. Лигачев, С.В. Макаров, Л.В. Селезнев,
    Д.В. Синицын, Наномасштабная кавитационная неустойчивость поверхности
    расплава вдоль штрихов одномерных решеток нанорельефа на поверхности
    алюминия, Письма в ЖЭТФ 94 (4), 289-292 (2011).
  8. Е.В. Голосов, A.A. Ионин, Ю.Р. Колобов, С.И. Кудряшов, А.Е. Лигачев,
    С.В. Макаров, Ю.Н. Новоселов, Л.В. Селезнев, Д.В. Синицын, Формирование
    квазипериодических нано- и микроструктур на поверхности кремния под
    действием ИК и УФ фемтосекундных лазерных импульсов, Квант. эл-ка 41 (9),
    829-834 (2011).

2010 г

  1. Barengolts S.A., Mesyats G.A., and Tsventoukh M.M. The ecton mechanism of
    unipolar arcing in magnetic confinement fusion devices, Nucl. Fusion 50
    (2010) 125004.
  2. Tsventoukh M.M., Mesyats V.G. and Barengolts S.A.
    Electrostatic-Instabilities as a Source of Picosecond Termination of
    Runaway-Electrons Beam in High-Voltage Gas-Filled Ultra-Fast Diode Plasma
    and Fusion Research, V. 5, S2069 (2010).
  3. Golosov E.V., Ionin A.A., Kolobov Yu.R., Kudryashov S.I., Ligachev A.E.,
    Novoselov Yu.N., Seleznev L.V., Sinitsyn D.V., Sharipov A.R. Femtosecond
    laser nanostructuring of metals: sub-100 nm one-dimensional surface gratings
    // Proc. SPIE 7712, 77122V (2010).
  4. Kudryashov S.I., Golosov E.V., Ionin A.A., Kolobov Yu.R., Ligachev A.E.,
    Makarov S.V., Novoselov Yu.N., Seleznev L.V., Sinitsyn D.V. Evolution of
    black silicon nano- and microscale surface topologies upon femtosecond laser
    irradiation // Proc. SPIE 7719, 771921 (2010).
  5. Баренгольц С.А., Месяц В.Г., Шмелев Д.Л. «Влияние тангенциального
    магнитного поля на эктонные процессы в катодном пятне вакуумной дуги»,
    Письма в ЖТФ. 2010 № 23, стр. 91-97.
  6. Н.С. Азарян, С.А. Баренгольц, С.Н. Доля, Г.А. Месяц, Э.А. Перельштейн,
    «Моделирование формирования электронного кольца с использованием
    пикосекундных электронных пучков в магнитной системе типа "касп"», ЖТФ, 80
    (4), 2010, c. 126-133.
  7. Голосов Е.В., Емельянов В.И., Ионин A.A., Колобов Ю.Р., Кудряшов С.И.,
    Лигачев А.Е., Новоселов Ю.Н., Селезнев Л.В., Синицын Д.В. «Модификация
    поверхности титана с помощью импульсного лазерного излучения фемтосекундной
    длительности», Физика и химия обработки материалов № 2, 10-14 (2010).

2000-2009

  1. Азарян Н.С., Баренгольц С.А., Доля С.Н., Месяц Г.А., Перельштейн Э.А. Моделирование формирования электронного кольца с использованием пикосекундных электронных пучков в магнитной системе типа «касп» // ЖТФ(принята к печати)
  2. С.А. Баренгольц, Г.А. Месяц, Э.А. Перельштейн. Феноменологическая модель неустойчивой стадии вакуумного искрового разряда // ЖТФ, 2009, т 79, № 10, стр. 45-52.
  3. D.L. Shmelev, S.A. Barengolts, Model of Collective Acceleration of Ions in Spark Stage of Vacuum Discharge // IEEE Transaction on Plasma Science,2009, Vol. 37 No 8 pp. 1375-1378.
  4. E. A. Ligacheva, M. B. Ivanov, N. V. Gavrilov, D. R. Emlin, S. Ya. Betsofen, A. E. Ligachev, V. V. Sokhoreva. The Effect of Irradiation with Nitrogen Ions on the Properties of Pyrolytic Graphite. //Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 2008, Vol. 49, No. 5, pp. 420–423.
  5. Баренгольц С.А., Месяц Г.А., Цвентух М.М. Инициирование эктонных процессов при взаимодействии плазмы с микровыступом на металлической поверхности.// ЖЭТФ, 2008, т. 134, №. 6, стр. 1213.
  6. Баренгольц С.А., Месяц Г.А., Перельштейн Э.А. Ф еноменологическая модель неустойчивой стадии вакуумного искрового разряда. // ЖТФ. (принята к печати).
  7. Е.А.Лигачева, М.Б.Иванов, Н.В.Гаврилов, Д.Р Емлин,С.Я.Бецофен, А.Е.Лигачев, В.В.Сохорева Влияние воздействия ионов азота на свойства пиролитического графита. //Порошковая металлургия и функциональны покрытия, 2008, №5, с.42-45
  8. Месяц Г.А., Баренгольц С.А. Механизм генерации аномальных ионов вакуумной дуги. // УФН, 2002, т. 172, вып. 10, с. 1113-1130.
  9. Месяц Г.А., Баренгольц С.А. Взаимодействие плазменных струй и капель в прикатодной области вакуумной дуги. // Письма в ЖЭТФ, 2002, т. 75, вып. 6, с. 306-308.
  10. Баренгольц С.А., Месяц Г.А., Шмелев Д.Л. Механизм генерации ионного потока в вакуумных дугах. // ЖЭТФ, 2001, т. 120, вып. 5(11), с. 1227-1236.
  11. Баренгольц С.А., Месяц Г.А., Перельштейн Э.А. Модель коллективного ускорения ионов в вакуумном разряде на основе концепции глубокой потенциальной ямы // ЖЭТФ, 2000, т. 118, вып. 6 (12), c. 1358-1365.
  12. Месяц Г.А., Баренгольц С.А. Сильноточная вакуумная дуга как коллективный многоэктонный процесс. // ДАН, 2000, т. 375, вып. 4, с. 462-464.
  13. Месяц Г.А., Баренгольц С.А. Эктонный механизм генерации ионного потока в вакуумных дугах. // ДАН, 2001, т. 380, вып. 3, с. 328 – 331.
    S.A. Barengolts, G.A. Mesyats, and D.L. Shmelev. Structure and Time Behavior of vacuum Arc Cathode Spots //IEEE Transaction on Plasma Science, vol.31, No. 5, 2003, pp. 809 – 816.
  14. С.А. Баренгольц, Н.Ю. Казаринов, Г.А. Месяц, Э.А. Перельштейн, В.Ф. Шевцов. Моделирование процесса формирования глубокой потенциальной ямы в вакуумном диоде. // Письма в ЖТФ, 2005, т. 31, в. 4, с. 64-70.
  15. Потемкин Г.В., Лигачев А.Е. Источник ионов с радиально-кольцевой областью газовой плазмы. // Изв. Вузов: Физика, 2006, вып. 8, с.68-72
  16. .Потемкин Г.В., Лигачев А.Е. Обработка конструкционных материалов смешанными ионными пучками. // Изв. Вузов: Физика, 2006, вып. 8, с.72 – 75

Participation in conferences, symposia and seminars


2008

  • S.A. Barengolts, G.A. Mesyats, M.M. Tsventoukh, The initial stage of the unipolar arc hot spot formation due to the microexplosion at the surface.// Proc, 35th European Physical Society conferences on Plasma Physics, 9-13 June 2008, Hersonissos, Crete, Greece, P-4.012.
  • S.A. Barengolts, G.A. Mesyats, M.M. Tsventoukh, Microexplosion Initiation by Plasma Heating of the Microprotrusion at the Wall/ /Proc. 23rd International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, 15-19 September 2008, Bucharest, Romania, P 353.
  • Цвентух М.М., Баренгольц С.А. О возможном механизме обрыва тока быстрых электронов в пикосекундном разряде/ //Тез. XII Школы молодых ученых «Актуальные проблемы физики» и II Школы-семинара «Инновационные аспекты фундаментальных исследований» 23-27 ноября 2008, Москва 2008, с. 79-80.
  • Е.А.Лигачева, А.Е.Лигачев. Влияние ионного облучения на поверхность графита и углеродного волокна.//Труды 9 международной конференции по модификации материалов заряженными частицами и потоками плазмы. Томск, РФ. 21-26 сентября 2008г., с.421.
  • D.L. Shmelev, S.A. Barengolts, Model of Collective Acceleration of Ions in Spark Stage of Vacuum Discharge //Proc. 23rd International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, 15-19 September 2008, Bucharest, Romania, P 353.
  • D.L. Shmelev, S.A. Barengolts, Model of Collective Acceleration of Ions in Spark Stage of Vacuum Discharge //Proc. 15rd International Symposium on high-current electronics, 21-26 September 2008, Tomsk, P. 96.

2006

  • D.L. Shmelev and S.A. Barengolts On the mechanism of the anomalous acceleration of ions in vacuum and plasma diodes. XXII International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. Japan, 2006.
  • Лигачев А.Е., Иванов М.Б., Гаврилов Н.В., Пемлин Р.Д., Лигачева Е.А., Сохорева В.В. Влияние ионного облучения на структуру и топографию поверхности углеродного волокна. Пятая международная конференция УГЛЕРОД: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология. 18-20 октября 2006 года МГУ им. М.В.Ломоносова.
  • Лигачева Е.А., Иванов М.Г., Гаврилов Н.В.Ю Емлин Д.Р., Бецофен С.Я., Лигачев А.Е..Сохорева В.В., Сафронов А.А. Влияние облучения ионами азота на свойства графита. Пятая международная конференция УГЛЕРОД: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология. 18-20 октября 2006 года МГУ им. М.В.Ломоносова.

2005

  • Barengolts S.A., Kazarinov N.Yu., Mesyats G.A., Perelstein E.A., and Shevtsov V.F. Modeling the formation of a deep potential well in a vacuum diode // Proc. XXVII ICPIG. Eindhoven, the Netherlands. July 17-22 2005 (CD-ROM)
  • Иванов М.Г.Гаврилов Н.В., Белых Т.А., Лигачев А.Е.,Лигачева Е.А.Сафронов А.А., Сохорева В.В. Влияние облучения ионами азота на свойства конструкционного графита. // Труды международной конференции «Взаимодействия излучения с твердым телом», Минск, Беларусь, 28-30 сентября 2005 г., Минск, изд. центр БелГУ, 2005,с.226-228.
  • M.B.Ivanov, N.V.Gavrilov,Belyh T.A., Ligacheva E.A., Galijeva L.V., Ligachev A.E. , Sohoreva V.V. Irradiation effects in carbon fibers after N + ion irradiation. // Int. Conf. on Surface Modification of Materials by Ion Beams, 4-9. 09 2005, Kusadasi, Turkey, Abstracts, pp.MP-69.
  • Иванов М.Г.Гаврилов Н.В., Белых Т.А., Лигачев А.Е.,Лигачева Е.А. Галеева Н.С., Сохорева В.В. Облучение углеродных волокон ионными пучками. // Тезисы ; межд. конф. «УГЛЕРОД: фундаментальные проблемы науки, материаловедения, технологии», 26-28 октября 2005 года, МГУ, Москва, с.98.
  • М.Г.Иванов, Н.В.Гаврилов, Т.А.Белых, С.Я.Бецофен, А.Е.Лигачев, Е.А.Лигачева, А.А.Софронов, В.В.Сохорева О влиянии облучения ионами азота на свойства графита. Труды 4-ой Всеросс. научно-технич. конф. с международным участием "Быстрозакаленные материалы и покрытия", 22-23 ноября 2005 МАТИ - РГТУ им. К.Э.Циолковского, Москва, 2005, с. 257-262.
 
 

 

Head of the Laboratory

Barengolts Sergey Alexandrovich

 

(Staff...)

  
 
    | Webmaster | ©2010 NSC GPI RAS