Технологии и разработки СО РАН

ИНСТИТУТ СИЛЬНОТОЧНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ СО РАН

INSTITUTE OF HIGH CURRENT ELECTRONICS SB RAS

Директор — академик РАН Ратахин Николай Александрович
Ученый секретарь — д. ф.м. н. Пегель Игорь Валериевич

Director — Nikolai A. Ratakhin, Academician of RAS
Scientific Secretary — Igor V. Pegel, Doctor of Sciences (Physics and Mathematics)

Импульсные электронно-пучковые установки «РИТМ-СП» и «Октагон-2»

Аннотация
Для точной металлообработки предлагаются источники низкоэнергетических сильноточных электронных пучков микросекундной длительности.
Описание
Установка генерирует достаточно однородный широкоапертурный электронный пучок диаметром 10 см, являясь фактически рекорд­сменом по этому параметру среди всех известных аналогов. Облученная область металлической мишени выглядит зеркальной. Благодаря большому расстоянию транспортировки пучка достигается возможность полировки изделий сложной формы. Дополнительными опциями установки являются источники плазмы магнетронного и вакуумно-дугового типа для нанесения покрытий. В сочетании с электронным пучком в едином вакуумном цикле установки позволяют формировать поверхностные сплавы контролируемого состава на изделиях сложной формы. За счет высоких скоростей кристаллизации данный метод металлургии поверхности позволяет формировать сплавы составов, недоступных при использовании традиционных методов металлургии. Установки полностью автоматизированы. Разработка оборудования и технологии формирования поверхностных сплавов осуществляются совместно ИСЭ СО РАН и ООО «Микросплав».
Главные преимущества предложения
Электронно-пучковая полировка с возможностью формирования поверхностных сплавов является наиболее технологичным способом поверхностной металлургии на изделиях сложной формы из металлических материалов.
Текущая стадия развития.
ООО «Микросплав» на основе договора с ИСЭ СО РАН производит опытные установки данного типа, ТУ 3447-001-82644282-2012.
Права интеллектуальной собственности. ИСЭ СО РАН и ООО «Микросплав» получен совместный патент РФ на полезную модель «Устройство для формирования поверхностных сплавов» от 23.04.2010.
Тип требующегося сотрудничества.
Коммерческие предложения: продажа опытных установок, интеграция установок данного типа в машиностроение и приборостроение.
Ориентировочная стоимость установки от 5 до 15 млн руб. в зависимости от комплектации.

PULSED ELECTRON BEAM FACILITIES RHYTHM-SP AND OCTAGON-2

Abstract
The RHYTHM source of low-energy high-current electron beams produces a highly uniform microsecond beam having 10 cm diameter, which is a record among the known analogues. The irradiated metal surface becomes mirror smooth. The large distance of the beam transport allows polishing of complex shaped articles. The machines are optionally equipped with magnetron-type and vacuum-arc plasma sources providing deposition of coatings on the surface in one vacuum cycle. The high rate of surface crystallization allows production of «exotic» surface alloys, which are not available to conventional metallurgy. The machines are fully automated. The equipment and the technology of surface alloying are jointly developed by IHCE SB RAS and Microsplav JSC.
Applications. Precise metalworking.
Main advantages. Electron-beam polishing with the possibility of surface alloy formation is the most technologically advanced method of surface metallurgy on metallic articles of complex shape.
Current stage of development. Microsplav JSC through a contract with IHCE SB RAS produces pilot units of this type, TU 3447-001-82644282-2012.
Intellectual property right. Joint patent (IHCE SB RAS and Microsplav JSC) U1 RU dated 23.04.2010.
Type of required cooperation. Commercial offers: sale of pilot units (estimated cost: 5 million roubles up to 15 million roubles depending on the configuration), integration of the systems in mechanical engineering and instrument making.

Многоцелевые эксилампы для научных и практических приложений

Аннотация. Предлагаются разработанные в ИСЭ СО РАН многоцелевые эксилампы – газоразрядные источники узкополосного спонтанного излучения в ультрафиолетовой (УФ) и вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) областях спектра. Наиболее востребованы эксилампы с длиной волны излучения 146, 172, 206, 222, 283 и 308 нм. Применяются для очистки воды, управления фотохимическими процессами, лечения кожных заболеваний, увеличения физиологической активности животных и растений. В тех случаях, когда необходимо облучать узкополосным излучением протяженные объекты, соответствовать современному экологическому стандарту, а когерентность излучения не важна, эксилампы выступают как альтернатива лазерному излучению. В диапазоне длин волн 200–300 нм по стоимости одного ватта излучения и срокам службы эксилампы превосходят светодиоды.
Преимущества эксиламп с точки зрения их применимости:

• узкополосное излучение обеспечивает селективность проведения разнообразных фотохимических реакций;
• удельный лучистый поток эксиламп выше, чем у ртутных ламп низкого давления;
• разнообразие конструктивного исполнения;
• легкость включения с быстрым, менее 1 с, выходом на максимум мощности после зажигания;
• сравнительная электробезопасность;
• полезный срок службы до нескольких тысяч часов.

Главные преимущества предложения. Широкий ассортимент эксиламп и высокая квалификация коллектива, позволяющая как адаптировать существующие модели эксиламп для решения научных и практических задач, так и сравнительно недорого изготовить и испытать специализированный источник УФ- или ВУФ-излучения. Это оценено научными и промышленными организациями в РФ и за рубежом.
Текущая стадия развития. Все основные НИР и ОКР проведены, идет работа по внедрению эксиламп в промышленное производство для решения задач заказчиков.
Права интеллектуальной собственности. Разработки защищены несколькими патентами РФ, включая патенты на применение. Есть опыт создания объектов интеллектуальной собственности по требованию заказчиков.
Тип требующегося сотрудничества. Договоры на поставку эксиламп; разработка (и защита ИС, если требуется) эксиламп для заказчиков; анализ применимости той или иной эксилампы для решения различных задач (включающий пилотные НИР); участие в подготовке и постановке производства при внедрении эксиламп.

MULTIPURPOSE EXCILAMPS  FOR SCIENTIFIC AND INDUSTRIAL APPLICATIONS

Abstract. Excilamps are gas-discharge sources of narrow-band spontaneous ultraviolet (UV) or vacuum ultraviolet (VUV) radiation. Most demanded are excilamps with 146, 172, 206, 222, 283 and 308 nm radiation wavelengths. Excilamps are applied in water purification, management of photochemical reactions, curing skin diseases, increasing physiological activity of animals and plants. In those cases where it is required to irradiating extended objects, meeting contemporary environmental standards, while the radiation coherence does not matter, excilamps are an alternative to lasers. Excilamp exceed LEDs in the wavelength range of 200—300 nm at a cost of one watt of radiation and service life.

Advantages of excimer lamps in terms of their applicability:
• the narrowband radiation provides selectivity to various photochemical reactions;
• the specific radiant flux is higher than this of low pressure mercury lamps;
• a wide variety of embodiment;
• easy and fast ignition (less than one second);
• the relative electrical safety;
• long useful life up to several thousand hours.

Main advantages. The wide range of excilamps and the highly qualified staff allow adapting the existing excilamp models to any scientific and practical problem, or developing new samples to meet a specific demand at a relatively low cost, which is recognized by scientific and industrial organizations in Russia and abroad.
Present stage of development. All general R&D are completed. We are working to introduce excilamps in industrial production to meet the customers demands.
Intellectual property rights. There are several Russian Federation patents available, including practical task decision patent applications. There is an experience of creating intellectual property objects on customer’s demand.
Type of required cooperation. Сontracts on short run excilamps delivery; development of excilamps for customers (with IP protection if required); analysis of applicability of specific excilamp for custom task (including pilot R&D projects); participation in preproduction stage with industrial partner.

Вакуумная электронно-пучковая установка «СОЛО»

Аннотация. Установка «СОЛО» предназначена для модификации поверхности металлических и металлокерамических изделий импульсным электронным пучком. Обеспечивает уникальные возможности полировки поверхности. Может быть особенно эффективна для полировки твердых материалов со сложным объемным рисунком поверхности. За счет закалки обеспечивает упрочнениеповерхности, повышение износо- и коррозионной стойкости материалов и изделий. Установка может применяться в любой отрасли промышленности, где использование традиционных методов полировки затруднительно или невозможно, а также в случае, когда требуется уменьшение стоимости и повышение качества технологии финишной полировки изделий после механообработки илиэлектроэрозионной обработки (EDM). Например, при полировке и упрочнении медицинских изделий, режущего инструмента, деталей узлов, агрегатов и машин, сложнопрофильных штампов и пресс-форм из штамповых сталей и твердых сплавов типа WC – Co.
Главные преимущества предложения:
• Независимая плавная регулировка основных параметров (ток пучка, средняя энергия электронов, длительность импульса, частота следования импульсов) в любой комбинации. Параметры электронного пучка и режим обработки задаются и контролируются через компьютер.
• Поверхностная обработка (полировка, упрочнение) металлов, сплавов и карбидных твердых сплавов типа WC – Co без образования микродефектов (микротрещин и микрократеров).
• Использование предлагаемого оборудования позволяет в 15 раз уменьшить шероховатость поверхности штамповых сталей и твердых карбидных сплавов вплоть до Ra = 0,05 мкм, до 2 – 3 раз увеличить поверхностную микротвердость стальных изделий; увеличить поверхностную твердость карбидных материалов типа WC – Co от 15 до 25 – 30 ГПa.
• Возможность обработки изделий сложного профиля (штампы, пресс-формы).
• Низкая энергия электронов позволяет работать без организации специальной защиты от рентгеновского излучения. Место оператора может находиться в непосредственной близости от рабочей камеры установки.
• Безопасность и экологическая чистота.
• Энерго- и ресурсосбережение по сравнению с традиционными методами полировки, отсутствие дорогостоящих полировальных абразивных материалов, высокая скорость процесса.
Текущая стадия развития. Создана опытная установка, на которой отрабатываются новые технологические режимы модификации изделий из широкого класса сталей и сплавов.
Права интеллектуальной собственности. Секретное ноу-хау, готовится заявка на патент.
Тип требующегося сотрудничества. Договор на изготовление и поставку установки, инвестиционный договор для организации совместного производства и продажи установок, лицензионное соглашение. Ориентировочная стоимость опытной установки «СОЛО» — 10 млн рублей.

SOLO ELECTRON BEAM VACUUM FACILITY

Abstract. The SOLO facility is designed for surface modification of metal and metal-ceramic articles using pulsed electron beam. Providing unique opportunities for surface polishing, it is especially efficient when polishing hard materials with complex three-dimensional surface pattern. Quenching occurring during the process provides hardening of the surface, increasing its wear and corrosionresistance. The facility is well applicable for any industrial process where conventional polishing is difficult or impossible as well as in those cases when cost reduction or finish polishing quality after mechanical or spark erosion machining (EDM) is needed. That is when polishing and hardening medical tools, cutting tools, machine details and components, complex-profiled dies and molds made fromdie steels and hard alloys such as WC – Co.
Main advantages:
• Independent gradual tuning of main parameters (electron beam current, average energy of electrons, pulse width, pulse repetition rate) in any combination is possible. The electron beam parameters and treatment regime of are computer controlled.
• Defect-free surface treatment (polishing, hardening) of metals, alloys and carbide hard alloys such as WC – Co (no micro-cracks or micro-craters occur).
• Using the equipment allows a 15-fold decrease in the surface roughness for die steels and carbide alloys up to 0.05 mkm. Surface microhardness of steel articles can be increased 2 to 3 times. Hardness of carbide materials such as WC – Co can be increased from 15 GPa up to 25 – 30 GPa.
• Articles of complex shape (dies, molds) are processable.
• Due to low energy of electrons, no special X-ray protection is needed. The operator working place could be immediately near the working chamber.
• The processing is safe and ecologically pure.
• The technology is fast, energy and resource saving as compared with conventional polishing methods. No expensive abrasives are needed.

Current stage of development. At present there is one pilot-scale setup on which the new technological processes for surface modification of wide spectrum of steels and alloys are developed and optimized.
Intellectual property rights. Secret know-how. Patent pending.
Type of required cooperation. An agreement on the facility production and delivery; an investment agreement for organization of facility joint production and sales, a license agreement. The estimated price of the pilot-scale setup SOLO is 10 million roubles.

Cильноточный электронно-лучевой источник для некоторых задач стерилизации

Аннотация. Разработан сильноточный электронно-лучевой источник (СЭЛИ), представляющий собой импульсно-периодический ускоритель электронов прямого действия «Синус» с выводом пучка в атмосферу через алюминиевую фольгу.
СЭЛИ может найти применение для:
• стерилизации медицинских материалов (препаратов, бинтов, раневых повязок) в полиэтиленовой упаковке;
• дезинфекции и стерилизации порошкового или гранулированного сырья для фармацевтической или пищевой промышленности;
• стерилизации поверхностей инструментов;
• радиационно-химической модификации органических материалов в виде пленок или рулонного полотна, а также отработки других радиационных технологий.
Описание
Принцип действия состоит в компрессии электрической мощности по схеме импульсной зарядки емкостного накопителя энергии с применением трансформатора Тесла, встроенного в коаксиальную формирующую линию, и последующей коммутации высоковольтного импульса с помощью газового разрядника на планарный вакуумный диод со взрывоэмиссионным катодом.

Основные технические характеристики
Энергия электронов, кэВ ................................................................не более 300
Максимальный импульсный ток пучка, кА ..........................................................4
Длительность импульса тока, нс .....................................................................10
Размер области облучения, см ...................................................................26×9
Предельная поглощенная доза в объекте за фольгой от одного
импульса, кГр .................................................................................................3
Габариты установки, м ....................................................................1,8×1,8×0,8
Вес, кг ..............................................................................................около 500

Все основные элементы конструкции, электрические схемы и вакуумные насосы размещены внутри монтажного шкафа TS 8245.500 (RITTAL). Управление установкой осуществляется от персонального компьютера.
Главные преимущества предложения. При стерилизации не используется излучение радиоактивных изотопов. Стерилизация электронным пучком не вызывает сколько-нибудь существенного нагрева стерилизуемого материала, поэтому возможна стерилизация термолабильных материалов. Низкая энергия электронов минимизирует мероприятия по радиационной защите (опционально установка может снабжаться локальной радиационной защитой).
Права интеллектуальной собственности. Ноу-хау.
Текущая стадия развития. Производство сильноточного электронно-лучевого источника и его поставка заказчику по договору. Стоимость 150–190 тыс. долл. (определяется в первую очередь опциями локальной радиационной защиты).

THE HIGH-CURRENT ELECTRON-BEAM SOURCE

Аbstract
The high-current electron-beam source is a repetitively pulsed direct-action electron accelerator with beam output into the air. The possible applications of the source are: (1) sterilization of medical products (drugs, bandages, wound dressings) in the plastic package, (2) disinfection and sterilization of powdered or granular materials for the pharmaceutical and food industries, (3) surface sterilization of instruments, and (4) radiation and chemical modification of organic materials in the form of films or rolled canvas and testing of other radiation technologies.
Main technical characteristics. Energy of electrons up to 300 keV, beam peak current up to 4 kA, pulse width 10 ns, the irradiated area 26 cm by 9 cm, the limit absorbed dose behind the foil 3 kGy per pulse. The installation size (L ×W× H) is 1.8 m× 0.8 m ×1.8 m, the weight is about 500 kg.
Main advantages. The setup does not use radioactive isotopes. The electron beam sterilization does not cause any significant heating of the material so that thermolabile powders can be sterilized. The low energy of electrons minimizes the requirements on X-ray protection (optionally, the setup may be equipped with local X-ray shielding).
Intellectual property rights. Know-how.
Current stage of development. Production of the device and its delivery to the customer under the contract. The source cost is 150–190 thousand dollars depending, in the first place, on the options of X-ray protection.