Устройство для вывода электронного пучка в атмосферу
1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫВОДА ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА В АТМОСФЕРУ, содержащее электронную пушку с анодным фланцем, на котором закреплен лучевод с магнитными линзами, соединенный подвижно с системой газодинамических шлюзовых камер, образованных соосными конусными диафрагмами, причем шлюзовые камеры соединены переходными патрубками с вакуумными насосами, отличающееся тем, что, с целью уменьшения потерь тока пучка, шлюзовые камеры выполнены в виде дисковых полостей, образованных плитами, в которые встроены дополнительные магнитные линзы, охватывающие большие основания каждой конусной диафрагмы, причем большие основания конусных диафрагм последовательно увеличиваются в направлении движения пучка, а меньшие основания уменьшаются.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью уменьшения эксплуатационных расходов, лучевод установлен между шлюзовыми камерами, плиты которых связаны крепежными стойками с анодом электронной пушки, а подвижное соединение лучевода выполнено в виде телескопической втулки, коаксиально охваченной сильфоном. Изобретение относится к электротехнике, в частности к ускорителям электронов с выпуском электронного пучка в атмосферу и предназначено для использования в электронно-лучевой технологии. Известно устройство для вывода электронного пучка в область высокого давления, содержащее систему шлюзовых камер, расположенных вдоль оси пучка с дифференциальной откачкой каждой камеры индивидуальным вакуумным насосом. Электронный пучок проходит последовательно через камеры разного давления, снабженные конусными разделительными диафрагмами, и выходит в атмосферу через сопло, в которое направляется струя газа. Недостатками известного устройства являются большие потери тока на стенках промежуточных диафрагм из-за отсутствия управляющих систем, задающих диаметр пучка в зоне отверстий диафрагм и недостаточная эффективность откачных систем, обусловленная переменным поперечным сечением вакуумных трактов. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для вывода электронного пучка в атмосферу, содержащее электронную пушку с анодным фланцем, на котором закреплен лучевод с магнитными линзами, соединенный подвижно с системой газодинамических шлюзовых камер, образованных соосными конусными диафрагмами, причем шлюзовые камеры соединены переходными патрубками с вакуумными насосами. Недостатком известного устройства являются большие потери тока пучка на стенках конусных диафрагм, поскольку управление токопрохождением пучка осуществляется только механическим относительным перемещением анода и системы шлюзовых камер, при этом отсутствует управление кроссовером пучка и его сечением в отверстиях конусных диафрагм. Кроме того, использование цилиндрических переходных патрубков в системе шлюзовых камер приводит к уменьшению необходимых сечений элементов вакуумного тракта и ограничивает величину скорости откачки. При необходимости смены диафрагм и других элементов требуется демонтаж всего устройства, что усложняет эксплуатацию. Цель изобретения уменьшение потерь тока пучка, увеличение производительности, а также уменьшение эксплуатационных расходов. Цель достигается тем, что в устройстве для вывода электронного пучка в атмосферу, содержащем электронную пушку с анодным фланцем. на котором закреплен лучевод с магнитными линзами, соединенный подвижно с системой газодинамических шлюзовых камер, образованных соосными конусными диафрагмами, причем шлюзовые камеры соединены переходными патрубками с вакуумными насосами, шлюзовые камеры выполнены в виде дисковых полостей, образованных плитами, в которые встроены дополнительные линзы, охватывающие большие основания каждой конусной диафрагмы, причем большие основания конусных диафрагм последовательно увеличиваются в направлении движения пучка, а меньшие основания уменьшаются. Также цель достигается и тем, что лучевод установлен между шлюзовыми камерами, плиты которых связаны крепежными стойками с анодным фланцем электронной пушки, а подвижное соединение лучевода выполнено в виде телескопической втулки, коаксиально охваченной сильфоном. На чертеже приведена конструкция устройства. Устройство содержит электронную пушку 1, на анодном фланце 2 которой закреплен лучевод 3, выполненный в виде телескопической втулки, загерметизированной сильфоном 4 и несущей фокусирующие катушки 5 и катушки 6 отклонения. Шлюзовые камеры 7 образованы системой плит 8, в которые встроены дополнительные магнитные линзы 9, каналы 10 охлаждения и конусные диафрагмы 11. Система шлюзовых камер фиксируется штифтами 12 и стойками 13. На выходе устройства вдоль оси пучка установлен газодинамический затвор 14. Индивидуальные вакуумные насосы подключаются к шлюзовыми камерам через переходные патрубки 15 (вакуум-проводы). Работа устройства происходит следующим образом. Электронная пушка 1 формирует пучок электронов с большой удельной мощностью. За анодным фланцем 2 пучок проходит через систему дисковых шлюзовых камер 7 с заданным вакуумным перепадом, первая из которых может быть расположена до телескопического лучевода 3. Камеры 7 сообщаются друг с другом через конусные диафрагмы с отверстиями малого диаметра при вершине, что позволяет ограничивать встречный поток газа, движущийся со стороны затвора 14. Выходное сечение каждой шлюзовой камеры 7 равно сечению переходного вакуум-провода 15. Диафрагмы 11 выполнены в виде системы усеченных конусов разного диаметра, большее основание которых увеличивается в направлении движения пучка, а меньшее основание и соответственно выходное отверстие уменьшается. Количество шлюзовых камер и величина отверстий диафрагм определяются заданными величинами вакуумного перепада в тракте вывода электронного пучка и производительностью насосов, установленных в каждой промежуточной ступени. Таким образом, на пути от затвора 14 до анодного фланца 2 формируется ступенчатый перепад давления от атмосферного до номинального рабочего давления в электронной пушке. Юстировка пучка и управление токопрохождением осуществляется изменением тока фокусирующих магнитной катушки 5, линзы 9 и катушки 6 отклонения. После настройки системы магнитных линз минимальное сечение пучка оказывается на выходе конусных диафрагм. Дополнительно в результате нейтрализации пространственного заряда пучка при движении через систему шлюзовых камер обеспечивается ступенчатое уменьшение радиального размера электронного пучка. В процессе эксплуатации возможен доступ к любой диафрагме 11 без разборки устройства в целом. При этом имеется возможность регулировки расстояний между диафрагмами, а также их оперативной замены. Фиксация плит 8 на штифтах 12 и стойках 13 позволяет механически разгрузить лучевод 3, а также производить замену катушек 5 и 6, не разбирая систему шлюзовых камер, благодаря телескопической конструкции лучевода 3. Конструкция данного устройства позволяет компактно расположить вакуумные насосы вокруг тракта вывода пучка, что достигается в результате сопряжения вертикально расположенных цилиндрических переходников и дисковых полостей в системе плит, образующих шлюзовые камеры с прямоугольным поперечным сечением, равным сечению переходников (вакуумпроводов). По окружности эти переходники разнесены на угол 120о (если n 3) или 60о (если n 6), где n количество шлюзовых камер. Положительный эффект от применения изобретения обусловлен существенным уменьшением длины прохождения электронным пучком области с градиентом давления, при этом рассеяние пучка в газовой среде становится минимальным, а встроенные магнитные линзы сводят к минимуму разогрев внутренних стенок шлюзовых камер от потока рассеянных электронов. Дисковая форма шлюзовых вакуумных камер позволяет согласовывать проводимость переходных вакуум-проводов, не ограничивая номинальную производительность вакуумных насосов. Кроме того, дисковые вакуумные полости, расположенные ортогонально оси пучка, позволяют отвести значительную часть газового потока, набегающего на вершины конусных диафрагм, благодаря тому, что при расширении газового потока со сверхзвуковой скоростью основная его часть движется по периферии. Модульный принцип выполнения шлюзовых камер, несущих диафрагмы разного диаметра, обеспечивает также уменьшение эксплуатационных расходов. Устройство может быть использовано в мощных технологических электронно-лучевых установках, применяемых для пайки, резки металлов, минералов и горных пород. Применение устройства позволяет повысить экономическую эффективность соответствующих технологических процессов за счет увеличения КПД тракта вывода пучка, повышения его надежности и уменьшения эксплуатационных расходов.
Формула изобретения
1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫВОДА ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА В АТМОСФЕРУ, содержащее электронную пушку с анодным фланцем, на котором закреплен лучевод с магнитными линзами, соединенный подвижно с системой газодинамических шлюзовых камер, образованных соосными конусными диафрагмами, причем шлюзовые камеры соединены переходными патрубками с вакуумными насосами, отличающееся тем, что, с целью уменьшения потерь тока пучка, шлюзовые камеры выполнены в виде дисковых полостей, образованных плитами, в которые встроены дополнительные магнитные линзы, охватывающие большие основания каждой конусной диафрагмы, причем большие основания конусных диафрагм последовательно увеличиваются в направлении движения пучка, а меньшие основания уменьшаются. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью уменьшения эксплуатационных расходов, лучевод установлен между шлюзовыми камерами, плиты которых связаны крепежными стойками с анодом электронной пушки, а подвижное соединение лучевода выполнено в виде телескопической втулки, коаксиально охваченной сильфоном.РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000
Извещение опубликовано: 27.12.2000
