Аксиальная электронная пушка



Аксиальная электронная пушка
Аксиальная электронная пушка
Аксиальная электронная пушка

 


Владельцы патента RU 2479884:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)

Изобретение относится к области нанесения покрытий, нагревания и плавки металла в вакууме. Техническим результатом изобретения является обеспечение стабильности тока и параметров электронного луча в условиях проведения длительных технологических процессов, повышение эффективности использования пушки; снижение негативного воздействия тепловых скоростей испускаемых эмиттером электронов, приводящего к размытию границ пучка, повышение ламинарности электронного потока. Технический результат достигается тем, что в аксиальную электронную пушку, содержащую катодный блок, накальный узел с вольфрамовой спиралью, эмиттер, фокусирующий электрод, анод, магнитную систему, введен держатель, расположенный соосно с центральной осью пушки, на одном конце которого размещен эмиттер, а противоположный конец соединен с катодным блоком, держатель выполнен в виде полого цилиндра из тугоплавкого металла, боковая поверхность которого перфорирована, а один из концов цилиндра соединен с катодным блоком посредством резьбы, анод выполнен в виде вставки, соединенной с водоохлаждаемым анодным корпусом с помощью резьбы, фокусирующий электрод соединен с катодным блоком посредством резьбы, магнитная система выполнена в виде короткой магнитной линзы. 3 ил.

 

Изобретение относится к области нанесения покрытий, нагревания и плавки металла в вакууме.

Известны конструкции аксиальных пушек, где решаются задачи увеличения срока службы катода: З.Шиллер, У.Гайзинг, З.Папцер. Электронно-лучевая технология. Пер. с нем. М.: Энергия, 1980.

Известна электронная пушка, содержащая цилиндрический изолятор, установленный соосно с ним цилиндрический корпус катодного узла, на торце которого установлен прикатодный дисковый электрод с центральным отверстием, таблеточный катод, закрепленный на прикатодном электроде, и анод, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и ресурса работы за счет дополнительной взаимной юстировки катода и анода и стабилизации положения катода в корпусе, в пушке установлен цилиндрический котировочный потенциальный экран, который расположен на внешней поверхности корпуса катода с возможностью перемещения вдоль оси пушки, прикатодный электрод выполнен с радиальным зазором по отношению к таблеточному катоду, а на обращенной к катоду поверхности анода выполнена кольцевая проточка, диаметр которой равен диаметру торцовой части юстировочного экрана. Патент Российской Федерации №1572328, МПК: H01J 37/06, 1995 г.

Известна аксиальная электронная пушка, содержащая термокатод, катодный узел, подогревающий спиральный катод, анод, лучевод, магнитные линзы, систему сканирования, источник питания и вакуумную систему, отличающаяся тем, что для сохранения заданной электронной термоэмиссии термокатод постоянно находится на центральной оси пушки в горизонтальной плоскости с помощью трех спиральных торсионов, расположенных под углом 120° относительно друг друга и удерживающих термокатод по кольцевой выточке на его боковой поверхности. Патент Российской Федерации №2364980, МПК: H01J 37/065, 2009 г.

Известен инжектор электронов, 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, в которой анодный фланец выполнен в виде цилиндрической полости, в которую встроен магниторазрядный насос откачной системы, содержащий три плоскопараллельных решетчатых электрода с соосными с лучеводом отверстиями, подключенных 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. Патент Российской Федерации №1447256, МПК: Н05Н 5/02, 1995 г. Прототип.

Известные аксиальные электронные пушки обладают рядом недостатков, ограничивающих их стабильную продолжительную работу:

из-за воздействия высоких рабочих температур возможно смещение термокатода относительно оптической оси и нарушение фокусировки электронного пучка; при высоких температурах спиральные вольфрамовые торсионы охрупчиваются и ломаются; формирование электронного пучка в пространстве дрейфа осуществляют несколькими магнитными линзами, представляющими собой громоздкую тяжелую систему, затрудняющую эксплуатацию пушки.

Данное изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа.

Техническая задача - получение стабильного электронного луча в широком диапазоне значений мощности, подводимой к аксиальной электронной пушке, и повышение эффективности работы пушки.

Технический результат изобретения - обеспечение стабильности тока и параметров электронного луча в условиях проведения длительных технологических процессов, повышение эффективности использования пушки; подавление поперечных тепловых скоростей электронов в ускоряющем промежутке эмиттер-анод пушки и повышение ламинарности электронного потока.

Технический результат достигается тем, что в аксиальной электронной пушке, содержащей катодный блок, накальный узел с вольфрамовой спиралью, эмиттер, фокусирующий электрод, анод и магнитную систему, установлен держатель, расположенный соосно с центральной осью пушки, на одном конце держателя размещен эмиттер, а противоположный конец соединен с катодным блоком, причем держатель выполнен в виде полого цилиндра из тугоплавкого металла, боковая поверхность которого перфорирована, а один из концов цилиндра соединен с катодным блоком посредством резьбы, магнитная система выполнена в виде короткой магнитной линзы, анод выполнен в виде вставки, соединенной с водоохлаждаемым анодным корпусом с помощью резьбы, фокусирующий электрод соединен с катодным блоком посредством резьбы.

Сущность изобретения поясняется фиг.1.

На фиг.1 представлена конструктивная схема аксиальной электронной пушки, где 1 - базовый высоковольтный изолятор, 2 - катодный блок, 3 - накальный узел, 4 - вольфрамовая спираль, 5 - экран, 6 - полый цилиндр, 7 - эмиттер, 8 - фокусирующий электрод, 9 - анодная вставка, 10 - водоохлаждаемый корпус анода, 11 - короткая магнитная линза.

На фиг.2 показан внешний вид аксиальной электронной пушки.

На фиг.3 показана фотография электронного пучка в пространстве дрейфа.

Аксиальная электронная пушка работает следующим образом.

Основные элементы аксиальной электронной пушки: катодный блок 2, накальный узел 3, вольфрамовая спираль 4, экран 5, полый цилиндр 6 и эмиттер 7, защищены базовым высоковольтным изолятором 1.

Эмиттер 7 нагревают бомбардировкой электронами, эмиттируемыми нагретой плоской вольфрамовой спиралью 4 при подаче ускоряющего напряжения между спиралью 4 и эмиттером 7. Формирование электронного пучка и проведение его в пространстве дрейфа осуществляют короткой магнитной линзой 11. Магнитные силовые линии магнитной линзы 11 совпадают с электронными траекториями (магнитное сопровождение пучка) в пространстве эмиттер 7 - анод 9, 10 электронной пушки, что приводит к подавлению поперечных тепловых скоростей эмиттированных электронов и улучшению ламинарности электронного потока.

Кроме того, магнитная линза 11 служит для формирования протяженного электронного потока с малой угловой расходимостью в пространстве дрейфа. Эмиттер 7 и фокусирующий электрод 8 находятся под одним и тем же отрицательным потенциалом 10 кВ. Сферическая форма рабочей поверхности эмиттера 7, фокусирующий электрод 8, анодная вставка 9, расположенная в корпусе анода 10, охлаждаемого водой и короткая магнитная линза 11 обеспечивают фокусировку электронного луча с минимальными потерями мощности.

В случае выхода из строя эмиттера 7 или спирали 4 цилиндр 6 выворачивают из корпуса катодного блока 2 и заменяют эмиттер 7 или спираль 4. Затем полый цилиндр 6 устанавливают в прежнее положение. При этом эмиттер 7 занимает стандартное положение, обеспечивая полное сохранение межэлектродных зазоров и соосность оптической системы.

За счет резьбовых соединений аксиальная электронная пушка быстро собирается и не требует юстировки. Элементы оптической системы занимают стандартное положение и параметры пушки стабильны.

Рабочее напряжение ускорения электронов - 10 кВ. Мощность электронного пучка изменяют напряжением между вольфрамовой спиралью 4 и эмиттером 7 при постоянном токе спирали 4.

Аксиальная электронная пушка прошла проверку в течение шестнадцати часов непрерывной работы при максимальной мощности электронного луча 10 кВт.

За это время параметры аксиальной электронной пушки не претерпели никаких изменений, пробои по высокому напряжению отсутствовали. Время жизни спирали 4 или эмиттера 7 составляет ~300 час.

Аксиальную электронную пушку устанавливают в вакуумную рабочую камеру или вне ее в зависимости от схемы технологического процесса. Во втором случае используют дифференциальную откачку, которая обеспечивает стабильную работу пушки при напуске в рабочую камеру технологического газа до давления 1,3×10-1 Па.

Аксиальная электронная пушка, содержащая катодный блок, накальный узел с вольфрамовой спиралью, эмиттер, фокусирующий электрод, анод и магнитную систему, отличающаяся тем, что в пушке установлен держатель, расположенный соосно с центральной осью пушки, на одном конце которого размещен эмиттер, а противоположный конец соединен с катодным блоком, причем держатель выполнен в виде полого цилиндра из тугоплавкого металла, боковая поверхность которого перфорирована, а один из концов цилиндра соединен с катодным блоком посредством резьбы, магнитная система выполнена в виде короткой магнитной линзы, а анод выполнен в виде вставки, соединенной с водоохлаждаемым анодным корпусом с помощью резьбы, фокусирующий электрод соединен с катодным блоком посредством резьбы.



 

Похожие патенты:

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

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 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