Электронно-лучевая пушка с плазменным источником электронов

Изобретение относится к электронно-лучевым устройствам и может быть использовано для электронно-лучевой сварки (ЭЛС) изделий в вакууме. Электронно-лучевая пушка с плазменным источником электронов содержит разрядную камеру с размещенным в ней, по крайней мере, одним постоянным магнитом, ускоряющий электрод, эмиттерный катод с эмиссионным каналом и фокусирующую катушку, при этом разноименные магнитные полюса постоянного магнита, размещенного в разрядной камере, и фокусирующей катушки расположены напротив друг друга с образованием между разрядной камерой и фокусирующей катушкой общей магнитной системы, направление силовых линий магнитного поля которой совпадает с направлением потока электронов электронного луча, величина магнитной индукции магнитного поля образованной магнитной системы на оси разноименных полюсов составляет не менее 0,02Т, а смещение оси канала эмиттерного катода от оси фокусирующей катушки составляет до половины диаметра канала. Технический результат - упрощение настройки, повышение стабильности работы пушки и уменьшение ее габаритов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к электронно-лучевым устройствам и может быть использовано для электронно-лучевой сварки (ЭЛС) изделий в вакууме.

В настоящее время в промышленности для ЭЛС используются пушки с плазменным источником электронов на основе плазменного газового разряда Пеннинга. Газовый разряд в такой пушке горит в специальной разрядной камере в условиях наличия неоднородного магнитного поля, которое создается размещенными в ней постоянными магнитами.

Известна электронная пушка с плазменным источником электронов, содержащая разрядную камеру, состоящую из полого катода, анода, эмиттерного катода, фокусирующую и отклоняющую системы (Белюк С.И. и др. Энергоблок для электронно-лучевой сварочной установки, содержащий пушку с плазменным эмиттером. - Автоматическая сварка, 1988, №11, стр.72-74).

Недостатком такой пушки является большая зависимость стабильного положения электронного луча в процессе работы от точности изготовления, сборки и настройки пушки.

Несоосность расположения эмиссионного канала эмиттерного катода и фокусирующей системы, изменение тока луча в процессе работы вызывает смещение луча от первоначально выбранной точки его наведения, что приводит к некачественной сварке. Поэтому для обеспечения стабильного положения электронного луча при работе независимо от величины тока каждый раз после проведения профилактических работ со снятием пушки с установки проводится специальная ее юстировка - настройка, обеспечивающая получение общей для всей пушки оптической оси. Это требует дополнительных временных затрат на ее настройку и проверку.

Наиболее близкой по сущности и достигаемому эффекту к заявляемой является электронная пушка с плазменным источником, содержащая разрядную камеру с размещенным в ней постоянным магнитом, эмиттерный катод с эмиссионным каналом, ускоряющий электрод и фокусирующую электромагнитную линзу (катушку) (Завьялов М.А. и др. Плазменные процессы в технологических электронных пушках. М.: Энергоатомиздат, 1989, с.63-64, рис.3.14(a) - прототип).

Недостатком известного решения является то, что для первичного формирования электронного луча на участке между эмиттерным катодом и ускоряющим электродом используется только ускоряющее высокое напряжение, которое лишь способствует уменьшению сечения луча и плотности потока электронов, но не влияет на траекторию движения луча. Поэтому первично сформированный электронный луч до попадания под воздействие магнитного поля фокусирующей линзы (катушки) имеет направление, определяемое положением оси эмиссионного канала. В результате при несоосности эмиссионного канала с фокусирующей катушкой и изменении величины тока луча в процессе работы пушки происходит смещение луча от первоначальной точки его наведения, что требует участия оператора в процессе сварки и может стать причиной некачественной сварки. Для устранения этого требуется тщательная настройка пушки, заключающаяся в совмещении осей эмиссионного канала и фокусирующей катушки. Операция эта трудоемка и требует персонала высокой квалификации.

Технической задачей изобретения является снижение затрат на настройку электронно-лучевой пушки за счет упрощения настройки и повышение стабильности работы пушки без изменения ее габаритов.

Решение технической задачи достигается тем, что в известной электронно-лучевой пушке с плазменным источником электронов, содержащей разрядную камеру с размещенным в ней, по крайней мере, одним постоянным магнитом, ускоряющий электрод, эмиттерный катод с эмиссионным каналом и фокусирующую катушку, согласно изобретению постоянный магнит, размещенный в разрядной камере, и фокусирующая катушка обращены друг к другу разноименными магнитными полюсами и образуют между собой общую магнитную систему, направление силовых линий магнитного поля в которой совпадает с направлением потока электронов, при этом величина магнитной индукции магнитного поля на оси противоположных полюсов образованной магнитной системы составляет не менее 0,02Т, а смещение оси канала эмиттерного катода от оси фокусирующей катушки составляет до половины диаметра канала.

Представленная совокупность признаков является новой, обладает изобретательским уровнем и решает поставленную задачу, так как наличие между разрядной камерой и фокусирующей катушкой общей магнитной системы с направлением силовых линий магнитного поля, совпадающим с направлением потока электронов, обеспечивает движение электронов вдоль этих линий, что снижает зависимость положения электронного луча от точности изготовления, сборки электронно-лучевой пушки и повышает надежность ее работы, что положительно сказывается на качестве продукции. Возможность получения такого поля обеспечивается, когда постоянный магнит, размещенный в разрядной камере, и фокусирующая катушка обращены друг к другу разноименными магнитными полюсами. Поставленная задача обеспечивается также тем, что величина магнитной индукции магнитного поля в промежутке между разрядной камерой и фокусирующей катушкой составляет не менее 0,02Т, что оказывается достаточным для совмещения электронного луча с осью фокусирующей катушки при наличии смещения оси эмиссионного канала до половины его диаметра от оси фокусирующей катушки.

В результате упрощается настройка пушки, повышается стабильность ее работы, что положительно сказывается на качестве сварки. Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг 1. схематично представлена предлагаемая электронно-лучевая пушка.

На фиг.2 показано изменение величины магнитной индукции магнитного поля системы, образованной между центром фокусирующей катушки и эмиссионным каналом эмиттерного катода.

В состав электронно-лучевой пушки входит разрядная камера 1, образованная полым катодом 2, анодом 3, эмиттерным катодом 4 с эмиссионным каналом 5, фокусирующая катушка 6 и отклоняющая система 7 электронного луча 8. В разрядной камере находятся постоянные магниты 9. Направление силовых линий 10 магнитной системы показано стрелками (В), направление движение электронов - е.

Предлагаемая электронная пушка работает следующим образом.

Эмиттирующая плазма генерируется в разрядной камере 1, в состав которой входит полый катод 2, анод 3, эмиттерный катод 4 с эмиссионным каналом 5. При образовании в разрядной камере плазмы магнитное поле магнитов 9 сжимает разряд до размеров столба, соизмеримого по размеру с диаметром отверстия эмиссионного канала 5. Так как индукция магнита достаточна велика, то магнитное поле магнитов 9 выходит за пределы разрядной камеры 1 и взаимодействует с магнитным полем фокусирующей катушки 6 с образованием общей магнитной системы с величиной магнитной индукции на ее полюсах не менее 0,02Т при минимальном значении порядка 0,005Т (см. фиг.2). Если силовые линии постоянных магнитов 9 и фокусирующей катушки 6 совпадают, то они образуют общее магнитное поле, силовые линии которого (В) направлены по ходу движения электронов (е) в луче 8. Электроны, двигаясь вдоль силовых линий магнитного поля, попадают на ось фокусирующей катушки 6, даже если ось эмиссионного канала 5 смещена относительно оси фокусирующей катушки 6 до половины диаметра канала (а), величина которого составляет 0,8-1,5 мм. В результате в дальнейшем изменение величины тока электронного луча 8 в процессе работы пушки не сказывается на положении фокального пятна электронного луча 8, которое было задано при помощи отклоняющей системы 7.

1. Электронно-лучевая пушка с плазменным источником электронов, содержащая разрядную камеру с размещенным в ней, по крайней мере, одним постоянным магнитом, ускоряющий электрод, эмиттерный катод с эмиссионным каналом и фокусирующую катушку, отличающаяся тем, что разноименные магнитные полюса постоянного магнита, размещенного в разрядной камере, и фокусирующей катушки расположены напротив друг друга с образованием между разрядной камерой и фокусирующей катушкой общей магнитной системы, направление силовых линий магнитного поля которой совпадает с направлением потока электронов электронного луча, а величина магнитной индукции магнитного поля образованной магнитной системы на оси разноименных полюсов составляет не менее 0,02Т.

2. Электронно-лучевая пушка по п.1, отличающаяся тем, что величина смещения оси эмиттерного канала относительно оси фокусирующей камеры составляет не более половины диаметра эмиттерного канала.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к многолучевым электронным пушкам для мощных многолучевых электровакуумных СВЧ-приборов О-типа, например для мощных импульсных многолучевых клистронов и ЛБВ.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к катодным узлам для электронных пушек с протяженным электронным потоком, предназначенных для работы в электровакуумных приборах (ЭВП), или для электронных отпаянных пушек с протяженным электронным потоком, предназначенных для вывода электронного потока из вакуумной области в атмосферу или иную газовую среду.

Изобретение относится к технике генерирования сильноточных электронных пучков и может быть использовано для создания импульсных сильноточных электронных ускорителей, а также для поверхностной обработки материалов и изделий.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к электронным пушкам с низковольтным сеточным управлением током пучка для электровакуумных СВЧ-приборов О-типа импульсного действия.

Изобретение относится к высокочастотному источнику электронов, в частности в качестве нейтрализатора источника ионов, в частности, ионного привода, содержащему разрядное пространство, по меньшей мере, с одним газовпускным отверстием для ионизируемого газа и, по меньшей мере, одним экстракционным отверстием для электронов.

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к электронным отпаянным пушкам, обеспечивающим облучение электронным потоком объектов, расположенных в атмосфере или иной газовой среде, и может быть использовано, например, для стерилизации медицинских инструментов.

Изобретение относится к технике генерирования сильноточных электронных пучков и может быть использовано для создания импульсных сильноточных электронных ускорителей, а также для поверхностной обработки материалов этими пучками.

Изобретение относится к электронике и может быть использовано при создании электронных приборов, лазеров, а также в плазмохимии, спектроскопии, при обработке материалов, электронно-лучевой сварке и в диагностических измерениях.

Изобретение относится к электровакуумным приборам СВЧ, в частности к лампам бегущей волны О-типа или клистронам с низковольтной модуляцией электронного потока (ЭП), использующим пушки с сетками.

Изобретение относится к электронной технике и может найти применение в качестве источников электронных потоков в лучевых приборах

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для получения электронных пучков или пучков рентгеновских лучей для внутритканевой и интраоперационной лучевой терапии

Изобретение относится к технике генерирования сильноточных электронных пучков и может быть использовано для создания импульсных сильноточных электронных ускорителей, а также для поверхностной обработки материалов и изделий этими пучками

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в физической электронике, квантовой электронике, для имплантации атомов в поверхность твердого тела, плазмохимии, диагностических измерениях

Изобретение относится к области СВЧ-электроники и предназначено для формирования многоскоростных неламинарных электронных пучков. Технический результат - увеличение разброса электронов по скоростям в области электронной пушки за счет управляемого торможения части электронного пучка, в частности его периферийной части. Способ формирования электронного пучка включает эмиссию электронов с катода, ускорение электронов с помощью ускоряющего электрода с потенциалом U0, торможение электронов. Торможение осуществляют с помощью сетки с потенциалом U1<U0, перекрывающей часть электронного пучка, за счет чего в электронном пучке создается разброс электронов по скоростям. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройстве генерирования электронного луча. Техническим результатом является обеспечение возможности генерирования узкого электронного луча с малым диаметром в фокусе и высокой плотности мощности при одновременно простой конструкции и конфигурации устройства. Устройство содержит корпус (12), который ограничивает вакуумируемое пространство (13) и имеет отверстие для выхода электронного луча; впуск (16) для подачи рабочего газа в вакуумируемое пространство (13); плоский катод (14) и анод (15), которые расположены в вакуумируемом пространстве (13) и между которыми посредством прилагаемого электрического напряжения может создаваться плазма тлеющего разряда, при этом ионы из плазмы тлеющего разряда могут быть ускорены на поверхность катода (14). Технический результат достигается за счет того, что катод имеет первую часть (14a),состоящую из первого материала, которая образует центрально расположенную первую область поверхности катода (14), а также вторую часть (14b), состоящую из второго материала, которая образует вторую область поверхности катода (14), охватывающую первую область поверхности катода (14). Первый материал при воздействии на него ускоренных ионов может нагреваться до температуры, при которой электроны выходят из первого материала преимущественно за счет термоэлектронной эмиссии. 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к электронным пушкам, предназначенным для вывода электронного потока из вакуумной области пушки наружу: в атмосферу или иную газовую среду, и может быть использовано в полупроводниковой и квантовой электронике, в медицине, в плазмохимии. Технический результат - повышение средней плотности мощности. Электронная отпаянная пушка включает металлический корпус, в торце которого соосно катоду расположено окно вывода электронов. Окно выполнено из теплопроводящего диэлектрика переменной толщины по площади окна, поверхность диэлектрика, обращенная к катоду, имеет токопроводящее покрытие, электрически связанное с корпусом пушки. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к приборам вакуумной электроники для СВЧ-приборов, плоских дисплеев, портативных источников рентгеновского излучения и прочее, а также к способу изготовления катода на основе массива автоэмиссионных эмиттеров. Способ изготовления катода на основе массива автоэмиссионных эмиттеров включает формирование катодной структуры нанесением каталитического, углеродного и контактного слоев на поверхность диэлектрической опорной структуры, содержащей сквозные отверстия, нанесение анодного слоя на противоположной стороне опорной структуры с отверстиями, совмещенными с катодной структурой. В качестве опорной структуры используется заготовка в виде стеклянной пластины, объединяющей большое число микроструктур с каналами (МКП), внутри которых электродуговым способом на поверхности каталитического слоя формируются регулярно расположенные эмиттеры на основе графитоподобных наночастиц, эффективно эмитирующие электроны за счет низкой работы выхода электронов. Изобретение позволяет повысить надежность и улучшить электрофизические параметры устройства. 2 ил.

Изобретение относится к электронной технике и рентгенотехнике, а именно к электронным пушкам, предназначенным для инжекции высокоэнергетических электронов и рентгеновского излучения из вакуумной области пушки в атмосферу или иную среду, и может быть использовано в плазмохимии, биологии, медицине, полупроводниковой и квантовой электронике, а также других областях техники. Технический результат - расширение функциональных возможностей электронной отпаянной пушки за счет дополнительной генерации рентгеновского излучения при сохранении высокой средней плотности мощности пушки. Электронная отпаянная пушка включает катод, металлический корпус, в торце которого соосно катоду расположено неоднородное по толщине окно вывода электронов с глухими отверстиями, включающее алмазную пластину. На поверхность окна, обращенную к катоду, нанесено неоднородное по площади токопроводящее покрытие, электрически связанное с корпусом, при этом покрытие вне области глухих отверстий содержит тяжелый металл для генерации рентгеновского излучения, а электронный поток выводят наружу через алмазную пластину и глухие отверстия. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электронно-лучевым устройствам и может быть использовано для электронно-лучевой сварки изделий в вакууме

Наверх