Инжектор электронов с выводом пучка в газовую среду

 

Изобретение относится к электротехнике и позволяет уменьшить удельные массогабаритные параметры инжектора электронов. Устройство содержит аксиальную электронную пушку (ЭП) 2 с термокатодом 3, собранную в керамическом изоляторе 4 на анодном фланце 5. Геттерный насос 21 расположен между анодом и рабочей камерой 22 и имеет экраны, покрытые титановой губкой 23, и трубчатую систему 24 для циркуляции хладагента. После включения откачной системы 30 и получения в ЭП рабочего вакуума включаются канал термокатода 3. После выхода катода на заданный режим эмиссии включается магнитный соленоид 27, и от регулируемого источника 25 подается ускоряющее напряжение на промежуток термокатод 3 - анод 6. Электронный пучок формируется в ускоряющем промежутке и через систему отверстий в электродах проходит в рабочую камеру 22, где взаимодействует с газовой средой. Если крайние электроды 11 и 12 магниторазрядного насоса заземлены, а на электрод 13 подан отрицательный потенциал, то в цилиндрической полости 10 анода возникает эффект ионной ловушки. Положительные ионы, образующиеся в зоне пучка, стекают на средний электрод 13, находящийся под отрицательным потенциалом. Комбинация магниторазрядного насоса, встроенного в полый анод, и геттерного насоса 21, выполняющего функции лучевода, обеспечивает перепад давлений между ЭП 2 и рабочей камерой 22 примерно в два раза. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к инжекторам и ускорителям электронов прямого действия, применяемым в электрофизических и технологических установках. Целью изобретения является улучшение массогабаритных параметров инжектора электронов с выводом пучка в газовую среду. На фиг. 1 изображен предлагаемый инжектор; на фиг. 2 - электродная система инжектора и диаграммы потенциалов в электронно-лучевом тракте инжектора. Инжектор содержит корпус 1, аксиальную электронную пушку 2 с термокатодом 3, собранную в керамическом изоляторе 4 на анодном фланце 5. Анодный фланец имеет верхнее и нижнее основания 6 и 7 с осесимметричными отверстиями 8 и 9 и герметичную цилиндрическую полость 10, выполняющую функции откачной системы. Режим магниторазрядного насоса обеспечивается плоскими электродами 11, 12 и 13 из титана с отверстиями 14 на оси пучка. Эти электроды изолированы один от другого и от стенок полого анода. Через ввод 15 напряжение от полюса 16 автономного источника 17 подается на гальванически связанные в точке 18 крайние электроды. Через ввод 19 подается напряжение от второго полюса 20 источника на средний решетчатый электрод. Геттерное устройство 21 расположено между анодом и рабочей камерой 22 и содержит экраны, покрытые титановой губкой 23, и трубчатую систему 24 для циркуляции хладагента. Источник ускоряющего напряжения 25 отрицательным полюсом 26 подключен к термокатоду инжектора. Магнитный соленоид 27 охватывает корпус инжектора на всем протяжении до рабочей камеры. Электронный пучок 28 попадает в рабочую камеру с газовой средой через диафрагму 29, служащую нижним основанием геттерного устройства. Основная откачная система 30 подключена со стороны нижнего фланца рабочей камеры. Инжектор электронов работает следующим образом. После включения откачной системы 30 и получения в электронной пушке 2 рабочего вакуума включается накал термокатода 3. После выхода катода на заданный режим эмиссии включается магнитный соленоид 27 и от регулируемого источника 25 подается ускоряющее напряжение на промежуток катод 3 - анод 6. Электронный пучок 28 формируется в ускоряющем промежутке и через систему отверстий в электродах проходит в рабочую камеру 22, где взаимодействует с газовой средой. Если крайние электроды магниторазрядного насоса 11 и 12 заземлены, а на средний 13 подан отрицательный потенциал, то в полости 10 анода возникает эффект ионной ловушки. Распределение потенциалов в электродной системе инжектора для этого случая показано на фиг. 2а, где Δ l₁ - длина промежутка катод - задняя стенка анодной диафрагмы 6; Δ l₂ - расстояние до электрода 11 магниторазрядного насоса; Δ l₃ и Δ l₅ - расстояние между поверхностями крайних и среднего электродов; Δ l₄ - толщина среднего электрода. Положительные ионы, образующиеся в зоне пучка, будут стекать на средний электрод 13, находящийся под отрицательным потенциалом. При обратной полярности электродов диаграмма потенциалов имеет вид, показанный на фиг. 2б. Если крайние электроды 11 и 12 насоса гальванически соединены и подключены к положительному полюсу, а средний - к отрицательному заземленному полюсу источника, то возникает эффект замкнутой ионной ловушки (см. фиг. 2в). В этом режиме происходит эффективное запирание ионов, поступающих со стороны рабочей камеры в сторону катода пушки. Изменяя уровень рабочего напряжения источника 17, можно обеспечить адаптивное управление режимом откачки и уровнем перепада давления вдоль электронно-лучевого тракта инжектора. Комбинация магниторазрядного насоса, встроенного в полый анод, и геттерного устройства, выполняющего функции лучевода, обеспечивает перепад давлений между пушкой и рабочей камерой примерно в два порядка. Поток газа и заряженных частиц, попадающих из рабочей камеры 22 через диафрагму 29 в геттерное устройство, сорбируется на экранах, которые, в частности, могут выполняться в виде сегментных частей цилиндров. Скорость сорбции можно регулировать выбором типа хладагента и его расхода. Разогрев геттерной системы до температуры дессорбции поглощенного газа может осуществляться электронным пучком 28, уровень фокусировки которого регулируется магнитным соленоидом, обеспечивающим также режим работы магниторазрядного насоса. Длина электронно-лучевого тракта до входа в рабочую камеру может быть сокращена до 100 мм при уровнях ускоряющего напряжения в десятки киловольт и интенсивности пучка в единицы ампер при работе в непрерывном и частотно-импульсном режиме. Положительный эффект от применения изобретения обусловлен снижением удельных массогабаритных параметров инжектора. Инжектор может быть выполнен без внешней откачной системы. Кроме того, достигается надежная защита катода пушки от ионной бомбардировки и адаптивное управление параметрами газовой среды в электронно-лучевом тракте.

Формула изобретения

1. ИНЖЕКТОР ЭЛЕКТРОНОВ С ВЫВОДОМ ПУЧКА В ГАЗОВУЮ СРЕДУ, содержащий откачную систему с встроенным геттерным насосом и цилиндрический корпус, в котором расположены аксиальная электронная пушка с термокатодом, установленная в керамическом изоляторе на анодном фланце, соленоид, охватывающий лучевод, рабочую камеру и источник ускоряющего напряжения, подключенный к катоду, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных характеристик, анодный фланец пушки выполнен в виде цилиндрической полости, в которую встроен магниторазрядный насос откачной системы, содержащий три плоскопараллельных решетчатых электрода с соосными с лучеводом отверстиями, подключенные к дополнительному источнику питания, причем геттерный насос расположен за магниторазрядным насосом и охватывает лучевод коаксиально с корпусом инжектора, а высота соленоида не менее расстояния от катода до выхода геттерного насоса. 2. Инжектор по п.1, отличающийся тем, что все электроды магниторазрядного насоса изолированы от анода, а крайние соединены гальванически между собой и подключены к положительному полюсу дополнительного источника питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2