Когда-то из ру-нета был доступ к вражескому сайту, где была выложена глава «Энциклопедии химика-технолога», посвящённая характеристическому рентгеновскому излучению. В этой энциклопедии я нашёл наиболее полную таблицу с информацией по длинам волн и энергиям рентгеновских фотонов излучения разных химических веществ. Потом доступ к этому сайту пропал, но я, в своё время, успел распечатать эту табличку на бумажный носитель.

Теперь я решил заняться работой по выкладыванию данной информации в Сеть. Надеюсь, она будет полезна многим, кто интересуется темой рентгена.

Для тех, кто совсем не в теме, поясню, что рентгеновское излучение бывает нескольких видов (по способу его генерации) - тормозное (за счёт резкого торможения электронов в аноде рентгеновской трубки), синхротронное (за счёт поворота потока электронов в магнитной системе синхротрона), характеристическое (за счёт излучения вещества под потоком электронов или фотонов в результате переходов электронов атомов из вышележащих уровней на вакантное место выбитых электронов). Отдельно можно ещё сказать, что гамма-излучение (т.е. электромагнитное излучение в результате ядерных реакций деления) тоже может лежать в рентгеновском спектре, а так же тепловое излучение может простираться в рентгеновский диапазон длин волн.

Характеристическое излучение излучается рентгеновской трубкой в том случае, если энергии первичных (т.е. излучённых катодом и ускоренных электрическим полем электронов) достаточно для выбивания собственных электронов атомов мишени. Обычно можно считать, что пики характеристического излучения возникают в рентгеновской трубке тогда, когда энергия, переданная первичным электронам электрическим полем между её катодом и анодом (напряжение катод-анод) становится больше уровня характеристической энергии того или иного пика излучения.

Исторически наша компания занимается производством электровакуумных приборов и комплектующих для них. Отсюда вполне понятно наше желание после создания собственной небольшой группы схемотехников разработать и освоить хотя бы (для начала) мелкосерийный выпуск высоковольтных источников питания. Дело в том, что достаточно много компетенций для работы с высоким напряжением у нас имеется по основному роду деятельности, который сам может стать первым потребителем таких устройств для замены старых ламповых ИП в испытательных стендах, например.

Шли мы к решению этой задачи долго, сперва пытаясь сделать полные функциональные аналоги высоковольтных модулей типа "UltraVolt" и им подобным на базе имеющихся в продаже трансформаторов от источников питания газоразрядных ламп подсветки. Однако потом, уже после успешной разработки и производства первых образцов, вдруг закончились в свободной продаже трансформаторы, и тема как-то замерла у нас.

Активизация тематики производства высоковольтных блоков питания вновь произошла после того, как мы окрепли кадрами и пересмотрели концепцию. Теперь мы не стремимся всех догнать и перегнать, а просто реализуем проект из доступных на сегодня компонентов.

Представляю конструкцию первой линейки освоенных нами лабораторных источников питания, которая максимально упрощена за счёт использования готовых китайских компонентов (например, цифровых измерительных головок для индикации тока и напряжения в нагрузке).

Выглядит эта система в сборе вот так:

Последний год мы постепенно модернизируем своё откачное оборудование. Решили вот снабдить его индикатором форвакуума.

Странный вопрос, не правда ли?

Однако, так это только на первый взгляд.

Давайте, представим, что мы, земляне, набрали достаточную технологическую мощь, что бы начать колонизировать какую-то другую планету. Какой вопрос для нас встанет в первую очередь?

Естественно, это будет вопрос, как сделать условия в месте колонизации приемлемыми для жизни тех, кто планету колонизирует?

На этот вопрос есть минимум 3 ответа.

Я рекомендую эту статью прочитать не только бизнесменам, но и тем, кто работает на должностях инженеров, техников и промышленных рабочих. Тут буду рассказывать про производство на станках с ЧПУ, но любой более или менее умный человек этот рассказ легко переложит на другие типы производства, вплоть до производства компьютерных программ. Кроме того, я, деля производство на типы, не подразумеваю, что такое производство обязательно оформлено юридически в виде отдельного. Оно может быть составляющим какого то достаточно большого бизнеса.

Как уже упоминалось, лаборатория, где я в студенческие годы работал, занималась измерением вакуума в отпаянных электровакуумных приборах. Принцип измерения там, вроде бы, всегда одинаков. Включаем электродную систему прибора, как ионизационный манометр, пропускаем с катода на анод электронный ток и регистрируем на третьем электроде ионный ток. Всё просто, но только когда, когда в контролируемом приборе, где мы ходим оценить давление остаточного газа, есть третий электрод. А если электродов всего два? Если прибор, в колбе которого надо померить вакуум, является диодом?

Например, если вы хотите измерить давление в рентгеновской трубке.

Самое простое, если конструкция рентгеновской трубки у нас из первой половины 20-го века, когда промежуток между катодом и анодом открыт и находится рядом со стеклянным баллоном.

Сперва хочу ответить критикам своих текстов. Господа, эти тексты не являются научными статьями. Автор не ставит перед собой задачу за счёт их написания заработать себе какие-то бонусы или рейтинг публикаций. Автор вообще не является профессиональным учёным, т.е. не зарабатывает непосредственно деньги научной деятельностью. Поэтому, данные статьи являются лишь изложением взглядов автора на те или иные научно-технические исследования, изобретения, конструкции оборудования. Изложенные в статьях мнения автора являются плодом его личного опыта, полученного в результате личной инженерной деятельности и участия в обсуждениях тех или иных вопросов с профессиональными научными работниками, поэтому, если автор где-то ошибся и чего-то забыл указать, то в комментариях можно уточнить. Современная роль автора в научно-технической деятельности заключается в практическом применении её результатов в рамках производственно-технологического бизнеса, где автор ограничен не распоряжениями начальства, а лишь объёмом имеющихся у него ресурсов для реализации тех или иных интересных проектов (человеческим, материальным, финансовым и времени).

Как я упоминал в части 1 практически все методы измерения среднего, высокого и сверхвысокого вакуума являются косвенными, т.е. не измеряют непосредственно величину механического давления газа. Но это ещё половина проблемы. Серьёзная неприятность заключается ещё и в том, что значительное количество методов измерения вакуума сами серьёзно изменяют химический состав или состояние молекул газа, давление которого должны измерить. Это происходит в связи с тем, что там используется ионизация молекул газа. Кроме того, катоды для получения первичного потока электронов могут приводить к разрушению молекул, их ионизации, а также загрязнению газа, давление которого измеряют, веществом самого катода.

Когда-то, я написал статью, которая, на мой взгляд, только увеличила актуальность сегодня в свете произошедших тектонических сдвигов во внешней политики и попыток ответа на эти вызовы во внутренней политике России: Ещё одна причина поражения СССР в цивилизационной гонке с Западом (часть 1 и 2). - ЭконоИнженерика — ЖЖ (livejournal.com)

Понятно, что тема поиска причин краха СССР в его соревновании с Западом неисчерпаема.Одной из популярных теорий тут является теория, основанная на сравнении размера экономик, контролируемых советским и западными блоками. Сравнивая эти экономики адепты такой теории приходят к выводу о том, что размер рынка на контролируемой СССР территории был в разы меньше, а, следовательно конкурентоспособность производства потребительских товаров была в разы ниже (так как известна зависимость себестоимости производства от его масштабов).В качестве критики такой теории можно привести несколько аргументов:Во-первых, не всегда под крылом СССР был много меньший, чем у Запада, рынок. Были годы, когда СССР был дружен с коммунистическим Китаем, и тогда общий рынок стран социалистического лагеря был соизмерим с рынком стран Западного блока.Во-вторых, не все товары имеют линейную динамику себестоимости от объемов производства. Так сложные продукты, типа автомобилей, вполне способны иметь конкурентную себестоимость при объёмах производства намного ниже, чем размеры рынка в странах бывшего советского блока. Но мы все видели, какое качество автомобилей могла предложить советская промышленность ;-) При том, что как раз стоимость советских автомобилей была очень небольшой.

В прошлых статьях: 1, 2, 3, 4 было коротко рассказано про традиционные датчики измерения вакуума и приведён пример перспективного ( на мой взгляд ) орбитронного датчика для измерения высокого и сверхвысокого вакуума

В этой статье мне хотелось бы коснуться неисчерпаемой темы преобразования сигналов физических датчиков в электронную (в том числе цифровую) форму, несущую пригодную для воспринятия человеком или компьютерной программы информацию о результатах измерения тех или иных физических величин.

Сперва немного критики. На этой ниве в РФ практически всё плохо. Прежде всего утеряна методология подготовки инженерных кадров для нестандартного проектирования радиотехнических устройств (а для того, что бы быть на острие технического прогресса, надо уметь проектировать именно нестандартные радиотехнические системы). ВУЗам понравилось штамповать проектировщиков систем на микроконтроллерах или вообще сборщиков "лего" на Ардуино. Зачем изобретать нестандартную электронику для преобразования сигнала от датчика, если все преобразователи сигналов от всех датчиков выпускаются на Западе в виде микросхем с подробными инструкциями по применению? Только тут надо понимать, что эти микросхемы выпускаются на Западе, для датчиков разработанных и выпускающихся западными корпорациями. Такой подход автоматически обрекает отечественную электронику на роль туземцев, рассматривающих красивые бусы.

Я знаю достаточно много российских инженеров, которые имеют интересные разработки различных датчиков физических величин. Им всем за 70 лет, но многие ещё имеют энергию не оставлять попытки внедрения своих разработок. Но, если такой инженер сам не является бизнесменом, имеющим ресурсы и волю для коммерческой реализации собственного изобретения ( для РФ это я видел такие примеры только в ВПК ), то, в связи с вышеописанными системными проблемами, шансов реально внедрить разработку практически нет было в РФ.

Выдался заслуженный выходной, и я решил продолжить свой цикл научно-популярных статей по тематике измерения вакуума.

Некоторым может показаться, что измерение, как и создание вакуума, тема далёкая от IT-индустрии. Те, кто так считает, решительно не правы! Дело в том, что вакуумная техника является краеугольным камнем в полупроводниковой индустрии. Причём, чем меньше размерность техпроцесса вы хотите достигнуть, тем более низкое давление должны обеспечивать вакуумные установки, использующиеся в производстве. Естественно, что точность измерения вакуума играет в данном случае очень важную роль.

В традиционных ионизационных манометрических датчиках есть достаточно неприятный, требующий учёта важный фактор, ограничивающий их точность измерения в области сверхвысокого вакуума. Заключается он в процессах, происходящих прежде всего на аноде датчика под действием электронной бомбардировки во время измерения.

Дело в том, что анод ионизационного датчика, как и любой металлический элемент вакуумной конструкции, имеет свойство накапливать в себе различный газ из атмосферы ( в любую техническую вакуумную систему периодически напускается воздух ) через процессы адсорбции на поверхности + диффузия молекул газа в глубину материала. Причём, количество накапливаемого в металле анода газа тем больше, чем больше его размер ( масса и площадь поверхности ). По мере уменьшения давления в вакуумной системе газ из анода датчика начинает выделяться обратно в объём вакуумной установки, но процесс естественной дегазации очень медленный. Как только ионизационный датчик включается в работу, то скорость выделения газа из его анода резко возрастает под влиянием бомбардировки электронным потоком, что искажает результаты измерений.

Предыдущую статью я закончил описанием классического ионизационного манометрического датчика ( типа ПМИ-2 по советской классификации ) с описанием его недостатков. Впрочем, все эти недостатки были связаны с уровнем развития радиоэлектроники в первой половине 20-го столетия, когда данная классика изобреталась. Самое главное, что низкая чувствительность измерителей электрического тока тех лет требовала для достижения нижнего предела измерения давления 10^-7 Торр делать коллектор ионов как можно более большой площади, что бы собрать ионов как можно больше ( хотя бы достичь электротока в 0,1 мкА ). Это неизбежно привело к отклонению измерительной характеристики от линейной при давлениях выше 10^-3 Торр и практической невозможности в этом диапазоне применения для вычисления давления его стандартной пропорциональной связи с ионным током. Впрочем, уже примерно с 10^-2 Торр сам вольфрамовый катод не позволяет сколько-нибудь длительное время работать при температуре, достаточной для электронной эмиссии в вакуум, окисляется и сгорает.

Но вот, наступила вторая половина 20-го столетия и чувствительность электронных усилителей и измерителей тока на их основе существенно выросла, и измерение электрического тока в 0,001 мкА и меньше уже не стало составлять непреодолимую проблему. Поэтому, стали появляться всё больше конструкций вакуумметров, где уменьшением площади поверхности коллектора ионов, изменением формы анода или коллектора, изменением взаимного расположения катода, коллектора ионов и анода в колбе достигался тот или иной диапазон измерений ионизационного датчика.

Спасибо всем, кто комментирует предыдущую статью ( за исключением хамов ). В том числе, спасибо и тем, кто вступает в дискуссию по поводу изложенного, поскольку это позволяет автору правильнее выбирать наиболее интересную публике информацию.

Перед тем, как перейти непосредственно к описанию термоэмиссионных манометрических датчиков, хочу коснуться на мой взгляд достаточно важной темы, которую надо учитывать всем, кто так или иначе касается вакуумметрических измерений в области высокого или сверхвысокого вакуума. Коротко эту тематику можно сформулировать так: ПРАКТИЧЕСКИ ВСЕ ДАТЧИКИ ВЫСОКОГО И СВЕХВЫСОКОГО ВАКУУМА ИСКАЖАЮТ ( ИЗМЕНЯЮТ ) ВЕЛИЧИНУ ИЗМЕРЯЕМОГО ДАВЛЕНИЯ. Причём, эти влияния на величину давления в системе у разных датчиков различны и изменяются динамически, в том числе даже до направления такого влияния. Чем меньше величина измеряемого давления, тем больше будет влияние самого манометрического датчика на результаты измерений и само измеряемое давление газа в вакуумной системе. Такое влияние, безусловно, зависит и от самой конструкции вакуумной системы ( скорость откачки, проводимость вакуумопроводов, особенности вакуумного датчика, предыдущая динамика изменения давления и газового состава измеряемого вакуума ). И я говорю не про изменения показаний или давления в единицы %, а про то, что в определённых случаях влияние датчика может искажать либо сами показания, либо вообще давление в вакуумной системе в разы или даже больше.

Подобные эффекты, на мой взгляд, не позволяют относится к вакуумным измерениям так, как обыватель относится к измерениям в быту времени или длины. Вакуумные измерения в области высокого и сверхвысокого вакуума обязательно должны рассматриваться, как неотъемлемая часть цепочки высоко-технологических операций, когда даже замена типа датчика ( пусть и на более современный ) есть повод серьёзно уточнять ранее отлаженную технологию.

В качестве вступления хочу отвергнуть замечания некоторых посетителей этого блога, будто автор слишком хвастается и восхваляет собственное "я". Но из песни слов не выкинешь, и если какие-то достижения мои, то я так и пишу. Если какие-то достижения я сделал совместно с другими людьми, то я тоже это указываю. Более того, стиль изложения автором намеренно основан на рассказах о собственном опыте и включает личные оценочные суждения. Данный блог, не является учебником или сборником научных статей.

Итак, радиолюбительством я занимался с 5-го класса школы, причём, это начиналось не как занятия в государственном техническом кружке, а как личные занятия дома при кураторстве одного из сослуживцев моей мамы, преподавателя Пермского политехнического института, и, по совместительству, очень опытного зарегистрированного радиолюбителя, имеющего собственную радиостанцию с позывным и очень говорящую фамилию для данного занятия - Попов.

Дальше был Рязанский радиотехнический институт с 1984 года, кафедра ЭВП и лаборатория в этой кафедре, куда я повадился ходить. Институт тот был старый советский с традициями, заключающимися в том, что преподаватели занимались ещё и прикладными НИОКР, для чего в составе института были лаборатории, до верху напичканные оборудованием, как принадлежащим институту, так и полученным в рамках проведения таких НИОКР от заказчиков.

Маленькое отступление и оценочное суждение: Я считаю, что технические ВУЗы можно разделить по принципу имеющих подобные лаборатории, работники ВУЗов в которых ведут НИОКР, и не имеющие таких лабораторий и таких занятий своих преподавателей. Второй тип ВУЗов в полной мере квалификацию "инженер" дать студенту в принципе не способен, а занимается профанацией обучения. Это без учёта того, что внеаудиторными занятиями даже в хороших ВУЗах занимаются от силы 10-20% учащихся. Остальные, в принципе, = образовательный шлак.

Хочу сразу сделать заявление, что все опыты с рентгеновскими источниками, показываемые в данном блоге мной, являются исключительно опытами и работами меня и моих товарищей, как физических лиц на свой личный страх и риск. Поэтому, не надо пытаться ко мне на фирму присылать каких-то санитарных врачей или других "помощников бизнеса". Этот блог вообще ведётся мной, а не компанией, где я тружусь директором, поэтому любители штрафовать или судить директора за какие-то нарушения по отношению к самому себе могут идти в пешее эротическое путешествие.

Итак, ближе к интересному нам делу. Мы с компаньоном уже лет так 10, как активно интересуемся тематикой рентгеновских трубок. Понятно, что не разобравшись и не пощупав что-то, как инженеры, пытаться делать бизнес, связанный с высокими технологиями, бессмысленно. Однако, когда мы стали искать выход на "рентгеновскую" поляну, то, естественно, столкнулись с неприятием тех, кто её уже окучивает.

Но, кто ищет, тот всегда найдёт. Нашли и мы через какое-то время в 2012 году (кажется) профессора мурадина Кумахова, ныне покойного. Это вообще был уникальный человек, являющийся изобретателем мирового уровня в области рентгеновской капиллярной оптики. Он первый обнаружил, что направление рентгеновского излучения можно изменять при помощи тонких стеклянных капилляров. К моменту нашего знакомства человек был уже на закате жизни, но занимался наукой в рамках своей небольшой частной компании. Вот он нам накидал первые ТЗ на маломощные аналитические трубки, к которым у него был интерес. Таким образом началось наше первое сотрудничество с заказчиком в области рентгеновской техники. Тогда ещё мы не умели делать рентгеновских окон, да и испытания готовых рентгеновских трубок проводились в лаборатории у Кумахова (фирма называлась "Институт рентгеновской оптики" ).

Есть интересный высоковольтный генератор, названный по фамилии своего американского изобретателя "Тесла". Собственно, конструкция там достаточно простая. Высоковольтный открытый трансформатор, где в первичной обмотке (несколько витков толстого провода) создаются короткие импульсы тока, например, при помощи разрядника и конденсатора, а на вторичной высоковольтной обмотке, состоящей из нескольких тысяч витков тончайшего провода, возникают импульсы напряжением в десятки (а, бывает, в сотни) киловольт.

Николу Тесла чтят многие фанаты по всему миру. В США даже собираются ежегодные слёты его поклонников, где демонстрируются различные высоковольтные импульсные аппараты.

А один известный в креативных, и не только, кругах бизнесмен выбрал название "Тесла" в качестве бренда своего электромобиля.

В СССР для технологических целей вакуумной промышленности выпускался ручной генератор "Тесла", который травм человеку нанести не может, но жалить может изрядно.

В частности, при его помощи можно делать показанный на видео достаточно необычный опыт с макетом вакуумной лампы. Необычность опыта состоит в том, что люминофор, на который ещё и нанесено алюминиевое покрытие находится в вакууме лучше, чем 1Е-5 Торр (в лампе два активированных титановых геттера), т.е. привычного любителям опытов с генераторами Тесла газового разряда тут наблюдаться не может в тех масштабах, что бы обеспечить такое заметное свечение "фосфора". И, всё таки, люминофор светится очень ярко!

Предыдущая и первая моя статья здесь была про наш опыт создания производственной компании в сфере вакуумной электроники на базе фактически брошенных советских технических и технологических заделов. Поскольку статья вызвала некий интерес, я попробую продолжить публикации в этом направлении, используя для них часть ранее написанных мной текстов, опубликованных в блоге ЖЖ.

Сразу скажу, что нет желания писать чисто технические тексты, поэтому часть будет содержать некие общественно-политические оценки автора, а часть будет иметь технический уклон. Понятно, что поскольку я работаю по специализации вакуумной электроники, то и примеры мои будут больше из этой тематики, хотя практически убеждён, что распространить эти примеры можно и на твёрдотельную электронику.

Полагаю, что подавляющему большинству сейчас понятно, что Россия вступила на путь достаточно автономного технического и технологического развития, что требует критической оценки опыта проекта СССР вер.1.0 для исключения повторения уже сделанных тогда ошибок.

Итак, что бы кто сейчас ностальгически не утверждал, в реальности СССР (да и досоветская Россия тоже) по технологической культуре отставал от передовых стран мира кардинально. Дело в том, что ни в царской ни в советской России не умели создавать ТЕХНОЛОГИИ, а подавляющее большинство технологий, используемых в России на всех исторических этапах её существования были иностранными копиями. А поскольку самой школы создания собственных технологий в России так и не возникло, то отсутствовала методология передачи технологических знаний. Вернее, то, что за такую методологию выдавалось, было очень плохой копией оригинальной методологии. Те, кто в теме науки и техники, согласятся со мной, что советские и российские тематические учебники предназначены для чего угодно, но только не для передачи практического знания. Причина проста, на мой взгляд, в отечественной технической литературе отсутствует чёткая иерархия знания. Вместо этого знания подаются, как некая куча слабо связанных между собой фактов. Историческая привязка знаний тоже отсутствует (отчасти из за того, что бы не педалировать заслуги иностранных учёных и инженеров, которые обычно подавляющие). Ещё хуже в СССР обстояли дела с т.н. "инструкциями по эксплуатации" выпускаемых приборов, производственных линий и прочего. Эти "произведения" вообще никуда не годились, кроме как для сдачи в макулатуру. Что в результате? А то, что российский технический специалист часто работает на высокотехнологичном производстве методом проб и ошибок (ещё это называется "метод научного тыка"), и методом "ничего тут не трогайте, так как потом никто не сможет наладить!" В результате значительные вложения (материальные и просто человеческие) советского индустриального скачка были потрачены в большой мере впустую, так как после превращения в металлолом не оставили после себя научно-технологического задела вообще.

А ещё я являюсь инженером электронной техники, который вместе с несколькими другими инженерами и партнёрами сохранил и отчасти приумножил советские электровакуумные технологии.

Это вводная статья, поэтому хотело бы начать с нашей истории, которая неразрывно связана с историей электронной промышленности постсоветской России, вернее сказать, с историей фактической гибели советской электронной промышленности.

Итак, в СССР на 1990 год действовали несколько крупных заводов по производству телевизионных кинескопов в городах Львов, Паневежис, Воронеж, Елец, Москва, Запрудня МО, Новосибирск, Новгород, Брянск, Нальчик. Ряд специальных ЭЛТ так же производился в нескольких НИИ. Это был достаточно мощный сравнительной высокотехнологичный индустриальный кластер, где работали более 70 тысяч человек (а со смежной цепочкой кооперации более 100 тысяч!). Ряд упомянутых заводов параллельно делали ещё другие электровакуумные приборы, в том числе осциллографические ЭЛТ и другие "приборные", ФЭУ, ЭОПы, имели свои сборочные производства телевизоров, компьютерных мониторов и разных стеклянных изделий бытового назначения.

Но всё равно, весь этот индустриальный кластер держался на массовом выпуске бытовых кинескопов, который с развалом СССР и началом реформ Гайдара-Ельцина начал резко стагнировать и уменьшаться в первую очередь из за очевидного проигрыша иностранным массовым образцам кинескопов по технико-экономическим параметрам. Наиболее длительно существовать на уменьшающемся рынке смогли заводы, которые либо выпускали только чёрно-белые бытовые кинескопы (для конкуренции с которыми западных массовых образцов приборов уже не было на рынке) и электровакуумные приборы для специальных применений, либо заводы, у которых была как большая номенклатура и цветных ( ЦЭЛТ ), и чёрно-белых кинескопов, а так же диверсификация в направлении другой бытовой и специальной техники. Массовое производство цветных кинескопов в РФ фактически остановилось в 1997-98 годах. После единственным и достаточно успешным наследником кинескопной промышленности СССР стал литовский завод "Экранас" ( г. Паневежис ). Его специалисты для увеличения мощности производства на европейские кредиты смогли фактически по цене металлолома скупить значительную часть советского оборудования последней модификации с остановившихся предприятий аналогичного профиля и провести работу модернизации такого оборудования на базе западной автоматики. Так же качество выпускаемых литовцами кинескопов резко возросло в связи с переходом предприятия на снабжение западными материалами и комплектующими. "Экранас" проработал до 2006 года и на пике в 2003-2004 годах выпускал цветных кинескопов порядка 5-6 миллионов в год, что было соизмеримо с мощностью всех советских кинескопных заводов вместе взятых.