Газоразрядный источник электро-hob

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическнк

Республик

+г (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 16.01.79 (21) 2713849/25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) Я Кл з

Н 01 3 37/077

Гасударственный комитет

СССР

Опубликовано 15.03.81. Бюллетень № 0

Дата опубликования описания 25.03.81 (53) УДК 533.95 (088.8) IIo делам изобретений и открытнй

I (72) Автор изобретения

А. А. Новиков

Винницкий политехнический инс(гитут Б- "".-: (7l ) Заявитель (54) ГАЗОРАЗРЯДНЫй ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ

Изобретение относится к газоразрядным электронным приборам, конкретно, к газоразрядным источникам электронов, формирующих интенсивные электронные потоки, применяемые в основном для проведения электронной обработки материалов при электроннолучевой сварке, плавке, испарении, размерной обработке, пайке, отжиге и других технологических операций.

Известны газоразрядные источники электронов, которые содержат вогнутый холодный катод, разделительный высоковольтный изолятор, цилиндрический корпус с конусным перфорированным анодом, обращенным основанием конуса к катоду, лучевод с магнитной фокусирующей системой и систему подачи газа (1).

Недостатком известных источников электронов является их короткофокусность и сравнительно большой угол сходимости электронного луча, что обусловлено большой поверхностью вогнутого катода и выпуклой формой прианодной плазмы.

Наиболее близким техническим решением является газоразрядный источник электронов, содержащий холодный катод с выступающей цилиндрической частью, анод и разделяющий их изолятор.

В этом источнике электронов фокусировка пучка осуществляется за счет цилиндрической части развитого катода (2).

Однако и в этом источнике проявляется короткофокусность пучка, с вытекающими из этого недостатками, связанными с узким диапазоном рабочего тока.

Цель изобретения — расширение диапазона по току пучка и повышение ресурса источника путем повышения качества фокусировки электронного ручка.

Эта цель достигается тем, что центральная часть катода выполнена выпуклой в сторону пучка, анод представляет собой

15 полый усеченный конус, обращенный вершиной к катоду, при этом между размерами электродной системы выполняются соотношения:

01 (— (1; 04 («

813536

D< — диаметр цилиндрической части катода;

d — диаметр выпуклой части катода;

dp — диаметр отверстия в вершине конуса; .Х вЂ” длина свободного пробега ионов в плазме;

d — расстояние между вершиной выпуклой части катода и анодом, L= — —, где р —; Q« —

1 сечение взаимодействия электрбнов с частицами плазмы.

На фиг. 1 изображена конструкция источника; на фиг. 2 — форма границы плазмы в полости анода.

Газоразрядный источник электронов содержит холодный катод 1, имеющий цилиндрическую 2 и выпуклую 3 части. Анод 4 выполнен в виде усеченного полого конуса.

Анод 4 и катод 1 разделены изолятором 5, образующим газоразрядную камеру 6. Рабочий газ подается через анод 4 с помощью капилляра 7. На чертеже показаны также электронный пучок 8 и граница плазмы 9.

Источник электронов работает следующим образом.

С помощью вакуумной системы в газоразрядном источнике получают рабочее давление газа (10 — 10 торр), подаваемого от натекателя через капилляр 7, и включают систему водяного охлаждения.

При подаче на катод 1 высокого отрицательного потенциала (30 кВ) относительно заземленного анода 4, между ними зажимается высоковольтный тлеющий разряд, в котором образуется прианодная плазма 9.

Образующиеся в ней ионы выбивают электроны с поверхности холодного катода 1, образуя электронный поток 8. Выпуклая центральная часть 3 холодного катода и конусный анод 4, обращенный вершиной к катоду, обеспечивают образование вогнутой границы прианодной плазмы 9 (фиг. 2) и формирование электронного луча 8 с малым углом сходимости на выходе анода 4.

Вогнутая форма прианодной плазмы и расстояние между катодом и анодом должны быть выбраны в соответствии со следующими соотношениями — = 0,1 — 1 (1); —," = 0,4 — 1 (2); А = 0,1 — 1 (3); 1-к >1 (4), где д — — высота цилиндрической части катода;

Эк — диаметр цилиндрической части катода;

dw — диаметр выпуклой части катода;

dA — диаметр отверстия в вершине анода;

3L — длина свободного пробега ионов плазмы;

d„ расстояние между вершиной выпуклой части катода и анодом, 1

1 = — — — критерий долговечности, в

РАО ЯСО котором p — давление газа; Qco— сечение взаимодействия электронов с частицами плазмы. Величина 31 определяется ро известным газокинетическим условиям.

Критерий Ь может быть рассчитан также по формуле:

/а

"= (A g ) где 1 — ток разряда газоразрядного источника электронов; т — заданный срок службы холодного катода; л. — отношение длины окружности к ее диаметру;

А = j z — постоянная, характеризующая

Р стоикость данного материала катода к ионной бомбардировке;

j > — средняя плотность тока разряда;

20 fgaL =d-". — тангенс угла сходимости электры кА ронного пучка; ㄠ— радиус рабочей части катода.

Соотношения (1) и (2) определяют условия фокусировки электронного катода, эммитируемогО выпуклой частью холодного катода. Соотношение (3) — условие отсутствия плазмы во входном отверстии конусного анода, частично помещенного в область катодного падения потенциала ВТР.

Основным является соотношение (4), З0 которое определяет положение границы плазмы относительно электродов катода и анода, а также долговечность и угол сходимости электронного луча .

В предлагаемой электродной системе электроннооптические характеристики зависят в основном от формы прикатодных электродов и расстояния катод-анод, т. е. электронная оптика получается жесткой, так как влияние на нее подвижной плазменной границы сведены к минимуму. Этим достигается расширение диапазона изменения параметров ГРИЭ с сохранением его электроннооптических характеристик.

Преимущества данной конструкции заключаются в ее длиннофокусности и большом сроке службы холодного катода, более широком диапазоне рабочих токов луча.

Это позволяет получить остронаправленное воздействие электронного пучка на обрабатываемую деталь.

Формула изобретения

Газоразрядный источник электронов, содержащий холодный катод с выступающей цилиндрической частью, анод и разделяющий их высоковольтный изолятор, отличаюи1ийся тем, что, с целью расширения диапазона по току пучка и повышения ресурса путем повышения качества фокусировки электронного пучка, центральная часть катода выполнена выпуклой в сторону пучка, 813536

Фиг. 2

Составитель В. Обухов

Редактор М. Петрова Техред A. Бойкас Корректор Ю. Макаренко

Заказ 342/67 Тираж 784 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и оп крытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 анод представляет собой полый усеченный конус, обращенный вершиной к катоду, при этом между размерами электродной системы выполняются соотношения:

0,1 « <1; 0,4 « —" <1; 4> 1;

0,1 <йА <1, где о — высота цилиндрической части катода;

Р„ — диаметр цилиндрической части катода;

d„ — диаметр выпуклой части катода;

dA — диаметр отверстия в вершине анода;

d расстояние между вершиной выпуклой части катода и анодом;

3. — длина свободного пробега ионов в плазме.

L = где р„„ вЂ” давление газа; Яс©вЂ”

4 рдоясЬ сечение взаимодействия электронов с частицами плазмы.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 494991, кл. Н 01 J 37/06, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 444502, кл. Н 01 J 27/00, 1975 (прототип).