Газоразрядная электронная пушка



Газоразрядная электронная пушка
Газоразрядная электронная пушка
Газоразрядная электронная пушка
Газоразрядная электронная пушка

 


Владельцы патента RU 2400861:

Открытое акционерное общество "Корпорация ВСМПО-АВИСМА" (RU)

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для электронно-лучевой плавки высокореакционных металлов и сплавов в вакууме или среде инертного газа. Газоразрядная электронная пушка содержит размещенный в герметичном корпусе на высоковольтном изоляторе вогнутый катод с эмиссионной сферической поверхностью, соосный ему цилиндрический анод с отверстием для вывода пучка, лучевод с размещенными фокусирующими катушками, систему подачи газа в разрядный промежуток, системы охлаждения катода и анода. Газоразрядная камера пушки выполнена в виде отдельной съемной вставки, на нижнем торце которой выполнен щелевой завихритель рабочего газа. Щелевой завихритель газоразрядной камеры выполнен в виде кольца, при этом в области, прилегающей к наружному диаметру кольца, дополнительно выполнена кольцевая полость газораспределения, соединенная с отверстием вывода пучка посредством сквозных тангенциальных отверстий прямоугольного сечения, расположенных через равные интервалы. В качестве рабочего газа используется технический водород с добавлением водородно-кислородной смеси, образующейся посредством разложения паров воды в электролизере пушки. Технический результат - снижение расходов и продолжительности монтажа и ремонта пушки, стабилизация подачи рабочего газа в газоразрядную камеру и получение равномерного распределения газа по эмиссионной сферической поверхности вогнутого катода. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для электронно-лучевой плавки в вакууме или среде инертного газа высокореакционных металлов и сплавов.

Известна газоразрядная электронная пушка, содержащая холодный катод и соосный ему анод с отверстием для вывода пучка, образующие разрядный промежуток и фокусирующее устройство (а.с. №799046, 1981).

Известна газоразрядная электронная пушка, содержащая электродную систему, состоящую из размещенного в герметичном корпусе на высоковольтном изоляторе холодного вогнутого катода с развитой эмиссионной сферической поверхностью и установленного соосно ему полого анода с отверстием в дне, расположенный под электродной системой лучевод с закрепленными на нем фокусирующими катушками (патент РФ №2323502, 2008).

Основными недостатками известных газоразрядных пушек являются трудоемкость их изготовления, монтажа и обслуживания в части наличия неразборной газоразрядной камеры, входящей в состав анода, сложность системы подачи рабочего газа в газоразрядную камеру, а также неравномерное распределение рабочего газа, подающегося на вогнутую эмиссионную сферическую поверхность катода, вызывающее ее локальную эрозию и, как следствие, ускоренный износ.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка конструкции газоразрядной электронной пушки, позволяющей снизить затраты на ее изготовление, монтаж и эксплуатацию.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является снижение расходов и продолжительности ремонта пушки, стабилизация подачи рабочего газа в газоразрядную камеру и получение равномерного распределения газа по эмиссионной сферической поверхности вогнутого катода.

Технический результат достигается тем, что в газоразрядной электронной пушке, содержащей размещенный в герметичном корпусе на высоковольтном изоляторе вогнутый катод с эмиссионной сферической поверхностью, соосный ему цилиндрический анод с отверстием для вывода пучка, лучевод с размещенными фокусирующими катушками, систему подачи и регулирования состава рабочего газа, системы охлаждения катода и анода, газоразрядная камера выполнена в виде отдельной съемной вставки, на нижнем торце которой выполнен щелевой завихритель рабочего газа. Щелевой завихритель газоразрядной камеры выполнен в виде кольца, при этом в области, прилегающей к наружному диаметру кольца, дополнительно выполнена кольцевая полость газораспределения, соединенная с отверстием вывода пучка посредством сквозных тангенциальных отверстий прямоугольного сечения, расположенных через равные интервалы. В качестве рабочего газа используется подающийся в газоразрядную камеру технический водород с добавлением водородно-кислородной смеси, образующейся посредством разложения паров воды в электролизере пушки. Регулировка процентного соотношения элементов рабочего газа осуществляется посредством источника питания электролизера и регулятора источника подачи водорода. Регулировка процентного соотношения элементов рабочего газа осуществляется посредством регулирования сечения дросселя на линии подачи водородно-кислородной смеси.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен схематический разрез конструкции газоразрядной электронной пушки, на фиг.2 - схематический разрез по сечению А-А, на фиг.3 - схема системы подачи рабочего газа, на фиг.4 изображена вогнутая сферическая поверхность катода в плане.

Газоразрядная электронная пушка содержит корпус на герметичном высоковольтном изоляторе 1, в который установлен водоохлаждаемый катод 2 с вогнутой катодной вставкой 3, имеющей сферическую эмиссионную поверхность 4. При помощи центрирующей проточки цилиндрического корпуса 5 катод 2 соосно установлен на полом аноде, состоящем из газоразрядной камеры 6, выполненной в виде вставки со щелевым завихрителем 7 на нижнем торце, и лучевода 8 с размещенными на нем фокусирующими катушками. Щелевой завихритель 7 (фиг.2) содержит штуцер для подачи рабочего газа 9, полость газораспределения 10, соединенную с помощью сквозных тангенциальных отверстий 11 с отверстием вывода пучка 12. Система подачи рабочего газа (фиг.3) содержит наполнитель 13 с водородом, регулятор давления 14, стабилизатор давления газа 15 и задатчик-регулятор расхода газа 16, установленные на одной линии подачи газа. На второй линии подачи рабочего газа размещены емкость для воды 17, емкость-электролизер 18 с подключенным источником питания 19, электромагнитный клапан 20 и регулятор расхода 21. Обе линии подачи газа соединены смесителем 22.

Газоразрядная электронная пушка работает следующим образом.

После создания вакуума включается система подачи и регулирования состава рабочего газа. По одной линии чистый водород поступает из баллона через редуктор и стабилизатор расхода газа в дозирующий смеситель. Расход газа определяется задатчиком величины расхода. По другой линии установлены две емкости с водой, выполненные в виде сообщающихся сосудов. К одной емкости подключен источник питания для разложения электролизом паров воды на смесь кислорода и водорода. Смесь кислорода и водорода через электромагнитный клапан и регулятор (стабилизатор) расхода, выполненный в виде дроссельной шайбы, поступает в дозирующий смеситель, где осуществляется соединение газа, подающегося из обеих линий. Из смесителя рабочий газ требующейся концентрации поступает в полость газораспределения завихрителя газоразрядной камеры, где осуществляется выравнивание давления газа. Далее газ постоянного давления поступает одновременно во все тангенциальные отверстия завихрителя и через отверстие вывода пучка подается на эмиссионную сферическую поверхность вогнутого катода. На катод через токоподвод следует подача ускоряющего напряжения. При приложении напряжения между катодом и анодом в разрядном пространстве в среде рабочего газа возникает самоподдерживающийся высоковольтный тлеющий разряд с областью плазмы, заполняющей полость анода, и областью катодного падения потенциала, расположенной между эмиссионной сферической поверхностью вогнутого катода и плазмой. Вытягиваемые электрическим полем катодного падения с границы плазмы положительные ионы, двигаясь к катоду, претерпевают многократную перезарядку, в результате чего сферическая поверхность вогнутого катода бомбардируется потоком ионов и быстрых нейтральных частиц (атомов и молекул), вызывающих эмиссию электронов. Электроны, ускоряясь в области катодного падения, формируются в сходящийся электронный луч, ионизуя при этом рабочий газ в разрядном пространстве и обеспечивая этим существование плазмы и дополнительного потока ионов в сторону катода. Электронный луч выводится из разрядного пространства в лучевод через отверстие вывода пучка и с помощью фокусирующих катушек фокусируется на поверхности нагреваемого объекта.

Конструкция газоразрядной камеры, выполненной в виде отдельной съемной вставки, позволяет производить ее быструю замену, оставляя невредимым анодный узел, что делает пушку более удобной и сравнительно недорогой в изготовлении, монтаже и обслуживании.

Выполненный на нижнем торце газоразрядной камеры щелевой завихритель с полостью газораспределения и сквозными тангенциальными отверстиями обеспечивает получение ламинарных потоков рабочего газа и равномерное распределение потоков по всей площади эмиссионной сферической поверхности вогнутого катода. Это приводит к исключению локальной эрозии, получению равномерной эмиссии ионов, стабилизации параметров луча и, следовательно, снижению износа вогнутого катода и повышению ресурса работы пушки.

С целью стабилизации напряжения разряда в качестве рабочего газа пушки используют технический водород с добавлением водородно-кислородной смеси. Осуществляемое регулирование процентного соотношения элементов рабочего газа посредством источника питания электролизера и регулятора источника подачи водорода обеспечивает заданную точность показателей состава смеси. Система подачи и регулирования состава рабочего газа при минимальных затратах позволяет производить надежную подачу и требуемую точность регулирования процентного соотношения элементов рабочего газа, что обеспечивает стабильное функционирование пушки.

Промышленную применимость предлагаемого изобретения подтверждает следующий пример конкретного выполнения.

Газоразрядную электронную пушку использовали для переплава металлических отходов (например, из сплава Инконель 718). После включения источника питания на пушку подавали ток силой 7 А и напряжением 25 кВ. В качестве рабочего газа использовали соединение технического водорода с примесью кислорода 0,05 мас.%. Расход рабочего газа составлял 25 л/ч. Работа пушки производилась в штатном режиме, поломок и аварийных ситуаций не зафиксировано. Полученный металл соответствует всем требованиям нормативной документации. После 70 часов работы пушки был снят катод и произведен осмотр его вогнутой сферической поверхности. Локальная эрозия на поверхности отсутствовала, катод пригоден для дальнейшей эксплуатации без дополнительной доработки (см. фиг.4).

Предлагаемая конструкция газоразрядной электронной пушки позволяет уменьшить затраты на изготовление, монтаж и ремонт пушки, стабилизировать процесс подачи рабочего газа в газоразрядную камеру и повысить равномерность распределения подающегося газа по эмиссионной сферической поверхности вогнутого катода.

1. Газоразрядная электронная пушка, содержащая размещенный в герметичном корпусе на высоковольтном изоляторе вогнутый катод с эмиссионной сферической поверхностью, соосный с ним цилиндрический анод с отверстием для вывода пучка, лучевод с размещенными фокусирующими катушками, систему подачи газа в разрядный промежуток, системы охлаждения катода и анода, отличающаяся тем, что газоразрядная камера выполнена в виде отдельной съемной вставки, на нижнем торце которой выполнен щелевой завихритель рабочего газа.

2. Газоразрядная электронная пушка по п.1, отличающаяся тем, что щелевой завихритель газоразрядной камеры выполнен в виде кольца, при этом в области, прилегающей к наружному диаметру кольца, дополнительно выполнена кольцевая полость газораспределения, соединенная с отверстием вывода пучка посредством сквозных тангенциальных отверстий прямоугольного сечения, расположенных через равные интервалы.

3. Газоразрядная электронная пушка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве рабочего газа используется подающийся в газоразрядную камеру технический водород с добавлением водородно-кислородной смеси, образующейся посредством разложения паров воды в электролизере пушки.

4. Газоразрядная электронная пушка по п.1, отличающаяся тем, что регулировка процентного соотношения элементов рабочего газа осуществляется посредством источника питания электролизера и регулятора источника подачи водорода на линии подачи водородно-кислородной смеси.

5. Газоразрядная электронная пушка по п.1, отличающаяся тем, что регулировка процентного соотношения элементов рабочего газа осуществляется посредством регулирования сечения дросселя на линии подачи водородно-кислородной смеси.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ускорительной техники, и в частности к импульсным источникам, генерирующим сильноточные электронные пучки. .

Изобретение относится к электротехнике и вакуумной металлургии высокочистых тугоплавких металлов и позволяет повысить стабильность электронной термоэмиссии и эффективность аксиальной электронной пушки в условиях плавки тугоплавких металлов при подводе большой мощности.

Изобретение относится к области электронной техники и его применение может быть особенно перспективным для нужд специальной электрометаллургии, а именно электронно-лучевой плавки металлов и сплавов.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к приборам и устройствам для термообработки материалов и изделий. .

Изобретение относится к области генерирования пучков заряженных частиц с энергией до сотен кэВ с сопутствующим коротковолновым излучением и может быть использовано для радиационной обработки и стерилизации объектов, возбуждения активных сред и химических реакций, для проведения спектроскопических и диагностических измерений и т.п.

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 физической электронике и используется в качестве источника однородного пучка электронов, в частности для электроионизационных лазеров. .

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 области нанесения покрытий, нагревания и плавки металла в вакууме

Изобретение относится к аппаратуре для электронно-лучевой сварки материалов, преимущестенно металлов, в вакууме. Технический результат - упрощение технического обслуживания электронно-лучевой пушки и увеличение рабочего пространства для обработки деталей. Электронно-лучевая пушка содержит катодный блок, включающий корпус, изолятор, катод. Катодный блок установлен на промежуточном корпусе. В промежуточном корпусе со стороны катодного блока установлен анод, на боковой поверхности выполнен вакуумопровод. Промежуточный корпус установлен на фланце корпуса фокусирующего блока, оснащенного теплообменником и выполненного с возможностью установки блока катушек со стороны фланца. Теплообменник образован корпусом фокусирующего блока, на внешней цилиндрической поверхности которого выполнен спиральный паз, и кожухом. На фланце фокусирующего блока расположены штуцеры теплообменника и выполнены подводящие каналы и канал для выводов блока катушек. Катодный блок выполнен с крышкой, снабженной штуцерами, расположенными на боковой поверхности крышки. В качестве изолирующего теплоносителя в катодном блоке используется фторорганическая жидкость. Корпус катодного блока соединен с промежуточным корпусом откидной петлей и зажимами. 6 з.п.ф-лы, 6 ил.

Способ СВЧ-генерации на основе электронных пучков может быть использован в бортовой системе электропитания, системе электропитания мобильных аппаратов, а также в различных стационарных системах электроснабжения. Способ СВЧ-генерации, основан на получении электронного пучка с помощью электронной пушки из предварительно ионизированной с помощью электрической дуги рабочей среды, частичном отборе мощности из электронного пучка с помощью коллектора виртуального катода для СВЧ-генерации. Оставшийся электронный пучок пропускают через выполненное в коллекторе виртуального катода аксиальное отверстие, затем электронный пучок модулируют и ускоряют электрическим полем рабочей частоты системы электропитания СВЧ-трафика, после этого на электронный пучок воздействуют скрещенным электрическим полем, радиальная составляющая которого удерживает электронный пучок в сжатом состоянии, а продольная составляющая тормозит электронный пучок, превращая его энергию в эквивалентную электрическую мощность путем двухполупериодного преобразования конвекционного тока электронного пучка в переменный ток электрической цепи системы электропитания в режиме резонанса токов на рабочей частоте системы электропитания СВЧ - трафика, а совершившие работу в электрической цепи электроны направляют на катод электрической дуги, где они рекомбинируют катионы в молекулы и атомы рабочей среды, которая вновь подвергается ионизации электрической дугой. Технический результат - повышение мощности в системе электропитания СВЧ-трафика за счет рекупирования всей энергии электронного пучка в систему электропитания. 1 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в высоковольтной импульсной технике для диагностики импульсных источников релятивистских электронных потоков в сильном магнитном поле путем измерения поперечных скоростей релятивистских электронов. Измеритель содержит установленные в вакуумной камере перед источником электронов корпус измерителя с входным отверстием-диафрагмой, соленоид, размещенный вне корпуса измерителя и выполненный с возможностью создания в вакуумной камере магнитного поля с направлением силовых линий вдоль продольной оси корпуса измерителя, а также регистратор распределения электронов по расстоянию от продольной оси корпуса измерителя, размещенный за входным отверстием-диафрагмой, при этом корпус измерителя выполнен из металла с высокой проводимостью в форме усеченного конуса, обращенного меньшим по диаметру основанием к источнику электронов, и размещен в области отсутствия магнитного поля источника электронов в магнитном поле соленоида, сам соленоид размещают на расстоянии от источника электронов, обеспечивающем однородность магнитного поля от источника электронов до корпуса измерителя, и выполняют с возможностью формирования импульсного магнитного поля с длительностью, исключающей проникновение поля через стенки корпуса измерителя. Технический результат - повышение точности измерения. 4 ил.
Наверх