Источник электронов

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

1. Абдуллин Э.Н., Беломытцев С.Я., Бугаев С.П., Горбачев С.И., Заславский В.М., Зорин В.П., Ковальчук Б.М., Логинов С.В., МатюковЮ.Н., Распутин P.M., Толкачев B.C., Щанин П.М. Генерация сильноточного электронного пучка большого сечения. // Физика плазмы. - 1991. - Т.17. - В.6. - С.741-745.

2. Okudo I., Owanado Y. E-Beam deposition simulation for ASHURA - Amp 4 // Proc. III Workshop on KrF Laser Technology. Workshop 1 - Pulsed Power. - Rutherford Appleton Laboratory, 1992. - PP.10.

3. A.c. 1207325. Приоритет 29.12.83. Опубл. 20.08.2007. // Бюл. Роспатента «Изобретения. Полезные модели» .- 2007. - №23.

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.