Патент на изобретение №2360320
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ
(57) Реферат:
Изобретение относится к технике генерирования сильноточных электронных пучков с большой площадью поперечного сечения и может быть использовано для возбуждения мощных газовых лазеров, а также в технологических процессах: модификация поверхности изделий, радиационная технология, газоочистка. Источник электронов содержит в вакуумной камере катод, анод и размещенную между ними и перекрывающую электронный пучок по всему поперечному сечению секционированную на отдельные участки фольгу. Участки фольги, находящиеся под воздействием электронного пучка повышенной плотности нагреваемы, а участки с пониженной плотностью тока имеют тепловой контакт с анодом. Технический результат – увеличение равномерности распределения плотности тока по поверхности анода. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к технике генерирования сильноточных электронных пучков с большой площадью поперечного сечения и может быть использовано для возбуждения мощных газовых лазеров, а также в технологических процессах: модификация поверхности изделий, радиационная технология, газоочистка. Известны источники электронов, содержащие взрывоэмиссионный катод и анод, функции которых выполняет фольговое окно, состоящее из опорной структуры и тонкой металлической фольги, прозрачной для электронов пучка [1]. Такие источники позволяют формировать электронные пучки большого сечения в отсутствие внешнего ведущего магнитного поля и выводить их из межэлектродного промежутка в газ с давлением, равным атмосферному или более высоким. Недостатком таких источников является увеличение плотности тока вблизи оси пучка или плоскости симметрии, в случае пучка прямоугольного сечения, под действием собственного магнитного поля тока пучка и плазмы, образующейся в результате ионизации выделяемого с анода газа. Появление области с высокой плотностью тока приводит к нагреву анодной фольги и может быть причиной ее разрушения, ограничивает длительность импульса и величину тока пучка. Известны также источники электронов, в которых для повышения надежности работы источника между катодом и анодом устанавливается предфольга, тонкая металлическая фольга, прозрачная для электронов пучка, перекрывающая все поперечное сечение пучка, находящаяся под анодным потенциалом [2]. В отличие от анодной фольги предфольга не удерживает перепада давлений, поэтому она сохраняет механическую прочность при нагреве до более высоких температур, одновременно защищает анодную фольгу от поступления низкоэнергетических электронов на фронте и спаде импульса напряжения, что и приводит к повышению надежности работы источника электронов. Недостатком источников является неравномерное распределение плотности тока в отсутствие ведущего магнитного поля за счет влияния собственного магнитного поля тока пучка и плазмы, образующейся в результате газовыделения с предфольги. Наиболее близким к предлагаемому изобретению аналогом, взятым нами за прототип, является источник электронов, в котором для увеличения длительности и стабильности тока электронного пучка между катодом и анодом устанавливается тонкая, электрически соединенная с анодом, прозрачная для электронов теплоизолированная металлическая фольга, перекрывающая пучок электронов по всему его поперечному сечению [3]. В процессе работы источника часть энергии электронного пучка теряется в фольге, приводя к ее нагреву. Благодаря теплоизоляции остывание фольги происходит медленно, что приводит к обезгаживанию фольги, уменьшению количества выделяемого газа при последующих импульсах электронного тока, увеличению длительности импульса тока пучка. Недостатком источника является малая степень обезгаживания фольги на участках с повышенной плотностью тока в результате охлаждения за счет теплопроводности фольги. Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение равномерности распределения плотности тока по поверхности анода. Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном источнике электронов, содержащем в вакуумной камере катод, анод и размещенную между ними и перекрывающую электронный пучок по всему поперечному сечению, теплоизолированную нагреваемую фольгу, электрически соединенную с анодом, согласно изобретению фольга выполнена секционированной, при этом теплоизолированы только участки фольги, находящиеся под воздействием электронного пучка повышенной плотности, а участки с пониженной плотностью тока имеют тепловой контакт с анодом. Кроме того, нагрев теплоизолированных участков фольги может осуществляться как в результате поглощения части энергии электронов пучка, так и пропусканием через фольгу тока от вспомогательного источника. Уменьшение количества десорбированного газа, поступающего с теплоизолированных участков фольги в процессе работы источника, приводит к снижению плотности тока на участках, где она высока. В то же время газовыделение с нетеплоизолированных и имеющих тепловой контакт с анодом участков остается более интенсивным, что приводит к увеличению плотности тока на этих участках и, в целом, более равномерному распределению тока пучка по поверхности анода. Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом. Источник электронов, формирующий электронный пучок прямоугольного сечения 25×100 см2, содержит вакуумную камеру 1, генератор Маркса с вакуумной изоляцией 2, на последней ступени которого закреплен катод 3 с эмитирующей поверхностью на основе углеграфитового материала, покрытого бархатом. Титановая анодная фольга 4 толщиной 40 мкм прижимается давлением к ребрам опорной структуры. Дополнительная Фольга из титана толщиной 20 мкм или сплава АМГ 5 толщиной 50 мкм (предфольга) секционирована на три полосы с размерами 10×100 см2, имеющие электрический контакт с анодом. Центральная полоса 5, на которую поступает электронный пучок с повышенной плотностью тока, изготавливается теплоизолированной, оставшиеся две полосы 6 имеют тепловой контакт вдоль длинной стороны со стенками камеры, обеспечивающий остывание фольги за время между импульсами. Поперечные размеры дополнительной фольги выбирают большими поперечного сечения пучка, чтобы исключить поступление в ускоряющий промежуток десорбированного газа и плазмы с анодной фольги. При приложении импульса напряжения к межэлектродному промежутку на катоде образуется плазма, эмитирующая электронный пучок. Электроны пучка проходят через секционированную фольгу, а затем через анодную фольгу и инжектируются в газ. Уменьшение количества десорбированного газа, поступающего с теплоизолированных участков фольги в процессе работы источника, приводит к снижению плотности тока на участках, где она высока. В то же время газовыделение с нетеплоизолированных участков остается более интенсивным, что приводит к увеличению плотности тока на этих участках и, в целом, более равномерному распределению тока пучка по поверхности анода. Источники информации
Формула изобретения
1. Источник электронов, содержащий в вакуумной камере катод, анод и размещенную между ними и перекрывающую электронный пучок по всему поперечному сечению теплоизолированную нагреваемую фольгу, электрически соединенную с анодом, отличающийся тем, что фольга выполнена секционированной, при этом теплоизолированы только участки фольги, находящиеся под воздействием электронного пучка повышенной плотности, а участки с пониженной плотностью тока имеют тепловой контакт с анодом. 2. Источник электронов по п.1, отличающийся тем, что секционированные теплоизолированные участки фольги соединены с вспомогательным источником тока.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
23.