RU2204222C1

RU2204222C1 - Particles conveying device

Info

Publication number: RU2204222C1
Application number: RU2001128080/06A
Authority: RU
Inventors: Л.Н. Орликов; Н.Л. Орликов
Original assignee: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Priority date: 2001-10-16
Filing date: 2001-10-16
Publication date: 2003-05-10

Abstract

FIELD: electron-beam engineering. SUBSTANCE: device designed for conveying intensive particle beams from vacuum to high-pressure gas medium that may be used for material treatment at atmospheric pressure by stream of charged or neutral particles has particle source, differential evacuation chamber with branch pipes coaxial to particle source, and evacuation holes; edges of branch pipes are facing particle source and electrode connected to power supply is introduced in area of branch-pipe drift holes level with their edges. EFFECT: enhanced power of particle beam conveyed from vacuum to high-pressure gas medium. 1 cl, 1 dwg

Description

Предполагаемое изобретение относится к электронно-лучевой технике, а именно к устройствам для вывода интенсивных пучков частиц из вакуума в газовую среду высокого давления, и может применяться для обработки материалов при атмосферном давлении потоками заряженных или нейтральных частиц. The alleged invention relates to electron beam technology, and in particular to devices for removing intense particle beams from vacuum into a high-pressure gas medium, and can be used to process materials at atmospheric pressure by flows of charged or neutral particles.

Известны устройства для вывода корпускулярных частиц через соосные отверстия, выполненные в последовательно расположенных камерах дифференциальной откачки, из которых отдельными насосами откачивается газ. Таким образом, создается ступенчатое уменьшение давления до величины, при которой может работать источник частиц. (См. Пат. США 358534, кл. 219-121 опубл. 15.06.71, пат. ГДР 75106 опубл. 20.07.72, А.С. СССР 126204 кл. Н 05 В 7/00 опубл. БИ 4, 1960). Known devices for outputting corpuscular particles through coaxial holes made in sequentially arranged chambers of differential pumping, from which gas is pumped out by separate pumps. Thus, a stepwise decrease in pressure is created to a value at which a particle source can operate. (See Pat. USA 358534, cl. 219-121 publ. 15.06.71, pat. GDR 75106 publ. 20.07.72, AS USSR 126204 cl. H 05 V 7/00 publ. BI 4, 1960) .

Недостаток подобных устройств заключается в ограничении мощности выводимого пучка из-за оседания частиц на краях отверстий. Увеличение же диаметра отверстий требует увеличения мощности вакуумных насосов для обеспечения вакуума в источнике частиц, что связано с увеличением материальных и энергетических затрат. The disadvantage of such devices is to limit the power of the output beam due to sedimentation of particles at the edges of the holes. An increase in the diameter of the holes requires an increase in the power of vacuum pumps to ensure a vacuum in the particle source, which is associated with an increase in material and energy costs.

Наиболее близким к заявляемому техническому решениею является устройство для вывода частиц (А.С.СССР 1047371 кл. Н 05 Н 7/00). Устройство содержит источник частиц и камеру дифференциальной откачки. В камере выполнены отверстия для подсоединения к средствам вакуумной откачки. Камера имеет соосно расположенные входное и выходное отверстия с пролетными патрубками для выпуска частиц из области пониженного в область повышенного давления. Патрубки имеют форму полых конусов и направлены вершинами друг к другу. Патрубок, ближний к источнику, снабжен боковыми отверстиями. При откачке камеры и источника газ между патрубками формируется в виде струи. При обтекании газом патрубка, ближнего к источнику, на внешней стороне патрубка реализуется меньшее давление, чем внутри патрубка. Изготовление боковых дренажных отверстий позволяет удалять часть газа из канала вывода пучка обратно в камеру дифференциальной откачки в тем самым либо разгрузить источник частиц по давлению газа либо при сохранении давления увеличить размер отверстия в патрубке. Closest to the claimed technical solution is a device for removing particles (A.S.SSSR 1047371 class. H 05 H 7/00). The device contains a particle source and a differential pumping chamber. The chamber has openings for connection to vacuum pumping means. The chamber has coaxially located inlet and outlet openings with span nozzles for discharging particles from the region of lowered to high pressure. The nozzles are in the form of hollow cones and directed vertices towards each other. The pipe closest to the source is provided with side openings. When pumping the chamber and source, gas between the nozzles is formed in the form of a jet. When gas flows around the nozzle closest to the source, less pressure is realized on the outside of the nozzle than inside the nozzle. The manufacture of lateral drainage holes allows you to remove part of the gas from the beam output channel back to the differential pumping chamber, thereby either unloading the particle source by gas pressure or increasing the size of the hole in the nozzle while maintaining pressure.

Основной недостаток прототипа заключается в ограничении мощности выводимых частиц вследствие потерь частиц на газе и вокруг выводных отверстий патрубков. Согласно прототипу, расстояние между патрубками, соответствующее минимальному давлению в источнике частиц, пропорционально диаметру выводного отверстия, а также давлению на срезе патрубка и составляет 5-10 диаметров выводных отверстий. При выводе сильноточных пучков, имеющих большой диаметр (5-10 мм), минимальное расстояние между патрубками составляет 50-100 мм, что совершенно недопустимо для вывода пучков с энергией до 100 кэВ вследствие почти полных потерь частиц из-за рассеяния на газе. The main disadvantage of the prototype is to limit the power of the output particles due to the loss of particles on the gas and around the outlet openings of the pipes. According to the prototype, the distance between the nozzles, corresponding to the minimum pressure in the particle source, is proportional to the diameter of the outlet, as well as the pressure at the section of the nozzle and is 5-10 diameters of the outlet. When outputting high-current beams having a large diameter (5-10 mm), the minimum distance between the nozzles is 50-100 mm, which is completely unacceptable for outputting beams with an energy of up to 100 keV due to the almost complete loss of particles due to scattering on the gas.

Задача изобретения - увеличение мощности пучка частиц, выводимых из вакуума в газовую среду повышенного давления. The objective of the invention is to increase the power of a beam of particles removed from vacuum into a high pressure gas environment.

Эта задача достигается тем, что в устройстве для вывода частиц, содержащем источник частиц, камеру дифференциальной откачки с патрубками, соосными источнику частиц и откачными отверстиями, срезы патрубков обращены в сторону источника частиц, а в область пролетных отверстий патрубков на уровень среза патрубков введен электрод, соединенный с источником питания. This task is achieved by the fact that in the device for outputting particles containing a source of particles, a differential pumping chamber with nozzles coaxial with the particle source and pumping holes, the sections of the nozzles face the particle source, and an electrode is introduced into the region of the passage openings of the nozzles to the level of the nozzle cut, connected to a power source.

Новым в предлагаемом устройстве является ориентация срезов патрубков в сторону источника и введение в область среза электрода, соединенного с источником питания. New in the proposed device is the orientation of the sections of the nozzles in the direction of the source and the introduction into the region of the slice of the electrode connected to the power source.

Ориентация срезов в сторону источника способствует более свободному расширению потока и более сильному уменьшению давления по струе. Это связано с тем, что часть струи при истечении газа в вакуум расширяется в направлении, почти обратном первоначальному. Например, при истечении газа (воздуха) в абсолютный вакуум угол поворота потока от первоначального направления составляет 130^o 27^/ [4, с. 174, рис. 4.18, последний абзац снизу]. Зажигание разряда на уровне среза патрубка способствует отклонению потока газа от оси вывода пучка за счет локального нагрева газа, при котором разность температур вызывает разность давлений. В итоге струя газа не пролетает мимо камеры откачки прямо в источник, а отклоняется и откачивается насосом. Это приводит к уменьшению количества газа в источник, что позволяет при прежних насосах увеличить диаметр выводных отверстий и тем самым увеличить мощность выведенных частиц за счет их количества (т. е. за счет тока). Кроме того, расстояние, соответствующее минимальному давлению в источнике, сокращается от 5 диаметров отверстия патрубка в прототипе, до 2 диаметров в предлагаемом устройстве. Это уменьшает потери частиц на газе. Отпадает потребность в форме патрубков, поскольку струя, ориентированная в прототипе на выводное отверстие источника, отклонена, и отверстие находится в статическом давлении.The orientation of the slices toward the source contributes to a freer expansion of the flow and a stronger decrease in pressure along the stream. This is due to the fact that part of the jet expands when the gas flows into the vacuum in a direction almost opposite to the original one. For example, when the gas (air) flows into absolute vacuum, the angle of rotation of the flow from the original direction is 130 ^o 27 ^/ [4, p. 174, fig. 4.18, last paragraph below]. Ignition of the discharge at the cutoff level of the nozzle contributes to the deviation of the gas flow from the axis of the beam exit due to local heating of the gas, at which the temperature difference causes the pressure difference. As a result, the gas stream does not fly past the pumping chamber directly to the source, but deviates and is pumped out by the pump. This leads to a decrease in the amount of gas to the source, which allows, with previous pumps, to increase the diameter of the outlet holes and thereby increase the power of the removed particles due to their quantity (i.e., due to current). In addition, the distance corresponding to the minimum pressure in the source is reduced from 5 diameters of the nozzle hole in the prototype, to 2 diameters in the proposed device. This reduces the loss of particles on the gas. There is no need in the form of nozzles, because the jet, oriented in the prototype to the outlet of the source, is rejected, and the hole is in static pressure.

Электрод должен быть введен именно в область пролетных отверстий на уровень среза патрубков, а не куда попало. Именно в этом месте формируется зона минимального давления от среза патрубка до его основания, куда не залетает струя. В этой области облегчаются условия зажигания разряда. Струя газа при перепаде давления формируется так, что по ее периферии возникает зона скачка уплотнения давления [4, с. 404]. Это способствует облегчению зажигания разряда по струе газа и она отклоняется сильнее. Таким образом, отклонение струи за счет разряда создают новый принцип воздействия на поток - электрофизический. В связи с вышеизложенным предлагаемое техническое решение отвечает критерию "новизна". The electrode should be introduced precisely in the area of the passage openings to the cutoff level of the nozzles, and not anywhere. It is in this place that the zone of minimum pressure is formed from the cut of the nozzle to its base, where the jet does not fly. In this area, the conditions for ignition of the discharge are facilitated. A gas jet at a pressure drop is formed so that a shock compression zone arises along its periphery [4, p. 404]. This helps to facilitate the ignition of the discharge along the gas stream and it deviates more strongly. Thus, the deviation of the jet due to the discharge creates a new principle of influence on the flow - electrophysical. In connection with the foregoing, the proposed technical solution meets the criterion of "novelty."

Предлагаемое решение отличается от известных по физике процесса и его экономичности. Отклонение потока газа выигрывает у систем с отклонением пучка по массогабаритным параметрам устройства и эффективности загрузки насосов, откачивающих промежуточные камеры. Предлагаемое решение выигрывает по экономичности у систем с отклонением потока подачей дополнительного газа (патент США 3162749 опубл. 22.12.1964), поскольку для откачки дополнительного газа требуется дополнительная мощность откачки. Предлагаемое решение выигрывает у систем с подачей сорбента к выводному отверстию с целью отклонения потока газа на угол до 20^o [1,2]. При высоких давлениях (более 10 Па) ресурс сорбента ограничен и возникают проблемы с его удалением из камеры. В известных решениях делается ставка на газодинамические явления и соответственно на форму элементов в струе газа [3]. Однако при уменьшении давления влияние газодинамических эффектов ослабевает вследствие разреженности газа и решения, предлагаемые аналогами перестают работать. В предлагаемом решении нет воздействия струи на патрубок, ближний к источнику. Соответственно форма элементов не влияет на перепад давления между источником частиц и газовой средой. Сам же разряд может существовать в широком диапазоне больших и малых давлений. В предлагаемом решении впервые решена проблема формы патрубка для получения минимального давления в источнике частиц. При отклонении потока форма не важна, поскольку струя не попадает в отверстие патрубка. На основании вышеизложенного предлагаемое устройство отвечает критерию "существенные отличия".The proposed solution differs from the process known in physics and its efficiency. The deviation of the gas flow outperforms systems with a deviation of the beam in terms of the mass and size parameters of the device and the loading efficiency of pumps pumping the intermediate chambers. The proposed solution outperforms systems with flow deviation by supplying additional gas (US Pat. No. 3,162,749 publ. 12/22/1964) because additional pumping power is required for pumping additional gas. The proposed solution outperforms systems with a sorbent supply to the outlet with the aim of deflecting the gas flow by an angle of up to 20 ^o [1,2]. At high pressures (more than 10 Pa), the sorbent resource is limited and there are problems with its removal from the chamber. Known solutions rely on gas-dynamic phenomena and, accordingly, on the shape of elements in a gas stream [3]. However, with a decrease in pressure, the influence of gas-dynamic effects weakens due to the rarefaction of the gas, and the solutions proposed by the analogues cease to work. In the proposed solution, there is no impact of the jet on the nozzle closest to the source. Accordingly, the shape of the elements does not affect the pressure drop between the particle source and the gas medium. The discharge itself can exist in a wide range of high and low pressures. The proposed solution for the first time solved the problem of the shape of the pipe to obtain the minimum pressure in the source of particles. When the flow deviates, the shape is not important, because the jet does not enter the nozzle opening. Based on the foregoing, the proposed device meets the criterion of "significant differences".

Конструкция заявляемого устройства представлена на чертеже. The design of the claimed device is presented in the drawing.

Устройство состоит из источника частиц, образованного катодом 1 и анодом 2. Источник установлен на камере дифференциальной откачки 3. Эта камера снабжена срезанными под углом 50^o патрубками 4, 5 диаметром 15 мм для вывода пучка частиц. В камеру к нижней точке среза патрубка 4 на линию выводных отверстий введен электрод 6, соединенный с источником питания 9.The device consists of a particle source formed by the cathode 1 and the anode 2. The source is mounted on a differential pumping chamber 3. This chamber is equipped with nozzles 4, 5 cut off at an angle of 50 ^{° with a} diameter of 15 mm to output a particle beam. An electrode 6 connected to a power source 9 is introduced into the chamber to the lower cutoff point of the nozzle 4 to the line of the outlet openings.

Устройство работает следующим образом. При откачке газа из камеры 3 и из источника частиц, газ из окружающего пространства с давлением Р₀ через патрубок 5 устремляется в направлении источника частиц. Достигнув среза патрубка в точке 7, газ начинает расширяться, стремясь к выравниванию давления с давлением P₁ в камере дифференциальной откачки. После точки 7 газ расширяется в точке 8. В итоге на поток газа, устремляющийся в направлении источника, накладывается поперечный градиент давления со стороны среза. Наличие поперечного градиента давления приводит к отклонению струи от выводного отверстия в патрубке 4. При подаче напряжения на электрод 6 в системе электрод-камера зажигается разряд. Со стороны электрода струя претерпевает нагрев, в ней реализуется малое давление и струя усиливает отклонение в сторону электрода. В отверстие патрубка 4 попадает газ с давлением P₁, которое в 10-20 раз меньше напорного давления Р*. При прежних вакуумных насосах давление в источнике частиц уменьшается. Дня достижения прежнего рабочего давления в источнике оказывается возможным увеличить диаметр отверстий в патрубках, а соответственно и мощность пучка частиц (10) за счет тока. Разряд у патрубка 4 также отклоняет поток газа от катода источника, благодаря чему при прежних вакуумных насосах обеспечивается меньшее локальное давление непосредственно в зоне генерации пучка. Для достижения прежнего локального давления газа в области катода оказывается возможным увеличить отверстие для вывода пучка в патрубке 4. Таким образом, срез патрубков и разряд позволяют увеличить диаметр отверстий для вывода пучка и соответственно мощность выводимых частиц за счет тока пучка. Наличие электрода на линии выводных отверстий способствует зажиганию тлеющего разряда по струе газа. В разряде газ нагревается. Разность температур вызывает разность давлений, что способствует более сильному отклонению потока в сторону среза. Усиление отклонения позволяет сблизить патрубки и тем самым уменьшить рассеяние частиц на газе. Таким образом, введенный электрод играет роль виртуального элемента, формирующего поток в нужном направлении, что способствует отклонению потока и реализации возможности увеличить мощность частиц при сокращении расстояния транспортировки.The device operates as follows. When pumping gas from the chamber 3 and from the source of particles, gas from the surrounding space with pressure P ₀ through the pipe 5 rushes in the direction of the source of particles. Having reached the nozzle cut at point 7, the gas begins to expand, seeking to equalize the pressure with pressure P ₁ in the differential pump chamber. After point 7, the gas expands at point 8. As a result, a transverse pressure gradient from the shear side is superimposed on the gas flow rushing in the direction of the source. The presence of a transverse pressure gradient leads to a deviation of the jet from the outlet in the nozzle 4. When voltage is applied to the electrode 6 in the electrode-chamber system, a discharge is ignited. From the electrode side, the jet undergoes heating, low pressure is realized in it, and the jet enhances the deflection towards the electrode. A gas with a pressure P ₁ , which is 10-20 times less than the pressure head P *, enters the opening of the pipe 4. With previous vacuum pumps, the pressure in the particle source decreases. On the day of reaching the previous working pressure in the source, it is possible to increase the diameter of the holes in the nozzles, and accordingly the particle beam power (10) due to the current. The discharge at the nozzle 4 also deflects the gas flow from the source cathode, due to which, with previous vacuum pumps, lower local pressure is provided directly in the beam generation zone. To achieve the previous local gas pressure in the cathode region, it is possible to increase the opening for the output of the beam in the nozzle 4. Thus, the cut of the nozzles and the discharge can increase the diameter of the holes for the output of the beam and, accordingly, the power of the output particles due to the beam current. The presence of an electrode on the line of the outlet openings contributes to the ignition of a glow discharge along the gas stream. In the discharge, the gas heats up. The temperature difference causes a pressure difference, which contributes to a stronger deviation of the flow towards the cut. Increased deflection allows you to bring the nozzles closer and thereby reduce the dispersion of particles on the gas. Thus, the introduced electrode plays the role of a virtual element that forms the flow in the desired direction, which contributes to the deviation of the flow and the realization of the opportunity to increase the power of the particles while reducing the transportation distance.

Положение среза может быть традиционным: перпендикулярно выводным отверстиям. Однако если срез расположен под углом, то достигается более сильный эффект отклонения. Угол среза патрубка φ определяется из условия расширения потока. Смещение точки 7 относительно точки 8 определяется условием, когда первая прямая, по которой распространяется возмущение в потоке газа (так называемая характеристика), будет проходить через точку 8 [4, с. 178, рис. 4.22]. Этому условию отвечает случай предельно возможного поворота потока от первоначального направления на угол δ при истечении газа в абсолютный вакуум. Значения углов поворота потока приведены в [4, с. 857]. Математически величина δ определяется выражением [4, с. 174]:
δ = {[(k+1)/(k-1)]^0,5-1}π/2
где k - показатель адиабаты газа.The position of the slice can be traditional: perpendicular to the outlet holes. However, if the cut is angled, a stronger deflection effect is achieved. The cutoff angle of the pipe φ is determined from the conditions of expansion of the flow. The displacement of point 7 relative to point 8 is determined by the condition when the first straight line along which the disturbance propagates in the gas flow (the so-called characteristic) passes through point 8 [4, p. 178, fig. 4.22]. This condition is met by the case of the maximum possible rotation of the flow from the original direction by angle δ when the gas flows into absolute vacuum. Values of flow rotation angles are given in [4, p. 857]. Mathematically, the value of δ is determined by the expression [4, p. 174]:
δ = {[(k + 1) / (k-1)] ^0.5 -1} π / 2
where k is the gas adiabatic exponent.

Угол среза патрубка определится как дополнительный от угла δ до угла π.:
φ = π-{[(k+1)/(k-1)]^0,5-1}π/2
в частности, для воздуха k=1,4; предельное значение δ=130^o27'; φ=49^o33' (т.е φ ≈ 50^o).The cutting angle of the nozzle is determined as additional from the angle δ to the angle π .:
φ = π - {[(k + 1) / (k-1)] ^0.5 -1} π / 2
in particular, for air k = 1.4; limit value δ = 130 ^o 27 '; φ = 49 ^o 33 '(i.e., φ ≈ 50 ^o ).

При использовании других газов с более высоким показателем адиабаты (для азота k= 1,6) угол среза близок к 50^o, поскольку при выводе пучка или применении разряда газ частично ионизируется, его показатель адиабаты уменьшается.When using other gases with a higher adiabatic index (for nitrogen k = 1.6), the cutoff angle is close to 50 ^° , because when the beam is removed or the discharge is applied, the gas is partially ionized, its adiabatic index decreases.

Таким образом, для любых режимов работы устройства на воздухе угол среза патрубков составляет 50^o.Thus, for any operating conditions of the device in air, the cutoff angle of the nozzles is 50 ^o .

В конкретном случае для вывода пучка использовался сильноточный электронный источник микросекундной длительности с инициированием пробоя по поверхности диэлектрика [7, с. 87]. Патрубки ориентировались на источник и в них выполнены пролетные отверстия диаметром 15 мм. Откачка камеры дифференциальной откачки проводилась водокольцевым насосом ВВН-3. В камере перед патрубком 4 реализовывалось давление 100 мм рт. ст. Откачка сильноточного источника проводилась насосом АВЗ-90 до давления 1 мм рт. ст. В камеру дифференциальной откачки вводился вольфрамовый электрод диаметром 2 мм. Электрод через сопротивление соединялся с источником питания УИП-1. In a specific case, a high-current electronic source of microsecond duration with the initiation of breakdown on the surface of the dielectric was used to output the beam [7, p. 87]. The nozzles were oriented to the source and span holes with a diameter of 15 mm were made in them. The pumping of the differential pumping chamber was carried out by the VVN-3 water ring pump. In the chamber in front of the nozzle 4, a pressure of 100 mm Hg was realized. Art. High-current source was pumped out using an AVZ-90 pump to a pressure of 1 mmHg. Art. A tungsten electrode 2 mm in diameter was introduced into the differential pumping chamber. The electrode was connected through the resistance to the power source UIP-1.

Оценки полезного эффекта от разряда проводились по формуле Реллея, связывающей отношение полного давления в струе Р* к статическому P₁[4, c. 234] через газодинамическую функцию π(λ):
π(λ) = P₁/P^*
Отношению давления в камере к атмосферному давлению [4, табл., с. 857] соответствует коэффициент скорости потока λ=1,6. Из [4, табл., с. 864] для этого λ находится значение газодинамической функции изменения давления при торможении потока π(λ) = P₁/P^* = 0,14.Estimates of the beneficial effect of the discharge were carried out according to the Rayleigh formula relating the ratio of the total pressure in the jet P * to the static P ₁ [4, p. 234] through the gas-dynamic function π (λ):
π (λ) = P ₁ / P ^*
Relation of pressure in the chamber to atmospheric pressure [4, tab., P. 857] corresponds to a flow velocity coefficient λ = 1.6. From [4, tab., P. 864] for this λ, we find the value of the gas-dynamic function of the pressure change during flow inhibition π (λ) = P ₁ / P ^* = 0.14.

Таким образом даже в неидеальном случае отношение давления торможения Р* к давлению в камере дифференциальной откачки P₁ составляет величину P*/P₁= l/0,14=7,14 (т.е. более чем 7 раз).Thus, even in the non-ideal case, the ratio of the braking pressure P * to the pressure in the differential pumping chamber P ₁ is P * / P ₁ = l / 0.14 = 7.14 (i.e., more than 7 times).

Величину предельного увеличения диаметра "d" отверстия для вывода частиц можно оценить из соотношения вакуумной техники, связывающего расход газа Q, проводимость отверстия U и разность давлений по обе стороны отверстия [5, формула для Q на с. 408; с. 425, формула для U(15-14)]:
Q=U(P₀-P₁),
где P₀- давление в среде, куда выводится пучок;
U= 200 А (м³/с), где А - площадь выводного отверстия диаметром "d".The magnitude of the limiting increase in the diameter "d" of the hole for removing particles can be estimated from the ratio of the vacuum technique connecting the gas flow Q, the conductivity of the hole U and the pressure difference on both sides of the hole [5, formula for Q on p. 408; from. 425, the formula for U (15-14)]:
Q = U (P ₀ -P ₁ ),
where P ₀ is the pressure in the medium where the beam is output;
U = 200 A (m ³ / s), where A is the area of the outlet with a diameter of "d".

Видно, что в случае уменьшения давления Р*≈Р₀ до давления Р₁, соизмеримого с давлением на входе насоса, для сохранения прежнего расхода нужно увеличить площадь выводного отверстия (Полное давление в струе Р* отличается от статического в 10-20 раз [4 с. 403, абзац 2]).Соответственно увеличению площади отверстий увеличивается поток выводимых частиц за счет тока. При диаметрах выводных отверстий 5 мм в прототипе возможен вывод пучка электронов током 2 кА [6]. При энергии электронов 70 кэВ мощность частиц составит 140 МВт при расстоянии между патрубками 140 мм. При этих же средствах откачки в данном устройстве площадь отверстий увеличена более чем в 7 раз. Мощность выведенных частиц за счет среза соответственно увеличена в 7 раз при уменьшении расстояния между патрубками в 5 раз (до 25 мм).It can be seen that in the case of a decrease in pressure P * ≈P ₀ to a pressure P ₁ commensurate with the pressure at the pump inlet, to maintain the previous flow rate, it is necessary to increase the area of the outlet (the total pressure in the jet P * differs from the static by 10-20 times [4 p. 403, paragraph 2]). Corresponding to an increase in the area of the openings, the flow of output particles due to the current increases. When the diameters of the outlet holes 5 mm in the prototype, it is possible to output an electron beam with a current of 2 kA [6]. At an electron energy of 70 keV, the particle power will be 140 MW with a distance between the nozzles of 140 mm. With the same pumping means in this device, the area of the holes is increased by more than 7 times. The power of the extracted particles due to the cut is accordingly increased by 7 times with a decrease in the distance between the nozzles by 5 times (up to 25 mm).

Величина увеличения мощности частиц за счет разряда может быть оценена по изменению расхода газа Q вследствие его прогрева до температуры Т [4, с. 195, формула (30)]:
Q_х/Q_г=[(2Т_г/Т_х)-1]^0,5,
где индексы "х" и "г" относятся к холодному и горячему газу.The magnitude of the increase in particle power due to the discharge can be estimated from the change in gas flow Q due to its heating to temperature T [4, p. 195, formula (30)]:
Q _x / Q _g = [(2T _g / T _x ) -1] ^0.5 ,
where the indices "x" and "g" refer to cold and hot gas.

В предельном случае для воздуха Т_г/Т_х=2,04. Таким образом изменение расхода от разряда Q_х/Q_г=1,75
В общем случае расход газа Q через отверстие d пропорционален площади этого отверстия F и температуре втекающего газа Т
Q=0,0404 P₀F/T^0,5.In the extreme case for air, T _g / T _x = 2.04. Thus, the change in flow rate from the discharge Q _x / Q _g = 1,75
In the general case, the gas flow Q through the hole d is proportional to the area of this hole F and the temperature of the inflowing gas T
Q = 0.0404 P ₀ F / T ^0.5 .

При уменьшении расхода газа в 1,5 раза площадь выводного отверстия для сохранения прежнего расхода может быть увеличена в 1,3 раза без изменения параметров насоса. Таким образом, за счет разряда мощность выведеных частиц может быть увеличена еще в 1,5 раза. By reducing the gas flow rate by 1.5 times, the area of the outlet opening to maintain the previous flow rate can be increased by 1.3 times without changing the pump parameters. Thus, due to the discharge, the power of the extracted particles can be increased by another 1.5 times.

Преимущества предлагаемого устройства перед известными в том, что при давлениях, близких к атмосферному, хорошо работает срез. В последующих ступенях откачки приоритет в создании перепада давления переходит к разряду. Таким образом удается поддерживать параметры выводного устройства на уровне максимальной производительности насосов от давления. В предлагаемом устройстве впервые решена проблема формы элементов. Поскольку патрубок, ближний к источнику, выведен из потока газа, то его форма не влияет на перепад давления между камерой и источником частиц. Это позволяет в ряде случаев со стороны источника использовать систему без патрубка, в виде отверстия, что резко снижает тепловые потери пучка при выводе. The advantages of the proposed device over the well-known is that at pressures close to atmospheric, the slice works well. In subsequent stages of pumping, the priority in creating a differential pressure passes to the discharge. Thus, it is possible to maintain the parameters of the output device at the level of maximum pump performance against pressure. In the proposed device for the first time solved the problem of the shape of the elements. Since the pipe closest to the source is removed from the gas stream, its shape does not affect the pressure drop between the chamber and the particle source. This allows in some cases from the source side to use the system without a pipe, in the form of an opening, which sharply reduces the heat loss of the beam during output.

Таким образом, предлагаемое устройство несет элементы новизны по физике протекающих процессов, существенно отличается от известных, дает положительный экономический эффект и является полезным для производства. Thus, the proposed device carries elements of novelty in the physics of the ongoing processes, differs significantly from the known, gives a positive economic effect and is useful for production.

Источники информации
1. А.С. СССР 581780 МКИ Н 05 Н 7/10. Устройство для вывода пучков ускоренных электронов. Ершов Б.Д., Кирилов И.Р., Прудников И.А., Саксаганский Г. Л. з. 15.7.76, опубл. БИ 6 15.2.89.Sources of information
1. A.S. USSR 581780 MKI N 05 N 7/10. A device for outputting beams of accelerated electrons. Ershov B.D., Kirilov I.R., Prudnikov I.A., Saksagansky G.L. 15.7.76, publ. BI 6 15.2.89.

2. Ершов БД., Саксаганский Г.Л. Устройство вывода пучка ускоренных частиц. А.С. СССР 1055310 МКИ Н 05 Н 7/00 опубл. 15.02.89 БИ 6. 2. Ershov DB., Saksagansky G.L. The output device of the beam of accelerated particles. A.S. USSR 1055310 MKI N 05 N 7/00 publ. 02/15/89 BI 6.

3. Schumacher B.W. Dynamic Pressures Stages for High - pressure/ High - vacuum Systems. Tians. 8 th.nat. Vacuum Symposium and 2-nd Int Congress a Vacuum science and technology. 1961, Washington, Pergamen Pres.1962,1192-1200. 3. Schumacher B.W. Dynamic Pressures Stages for High - pressure / High - vacuum Systems. Tians. 8 th.nat. Vacuum Symposium and 2-nd Int Congress a Vacuum science and technology. 1961, Washington, Pergamen Pres. 1962,1192-1200.

4. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1976. 4. Abramovich G.N. Applied gas dynamics. M .: Nauka, 1976.

5. Королев Б.И. Основы вакуумной техники. М.: Энергия, 1964. 5. Korolev B.I. The basics of vacuum technology. M .: Energy, 1964.

6. Иевлев В. М., Коротеев А.С. Вывод в атмосферу и исследование мощных стационарных электронных пучков Изв. АН СССР, Энергетика и транспорт, 1981, N 3, с 3-13. 6. Ievlev V. M., Koroteev A. S. The conclusion to the atmosphere and the study of powerful stationary electron beams Izv. USSR Academy of Sciences, Energy and Transport, 1981, No. 3, pp. 3-13.

7. Орликов Л.Н., Толопа А.М., Погребняк А.Л., Рудич Е.Н. Ионный источник с плазменным анодом для модификации поверхности. 1 Всес.конф.по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц.-Томск, НИИЯФ, 1988, с. 87-89. 7. Orlikov L.N., Tolopa A.M., Pogrebnyak A.L., Rudich E.N. Ion source with a plasma anode for surface modification. 1 All-Conference on Modifying the Properties of Structural Materials with Beams of Charged Particles. Tomsk, NIIYaF, 1988, p. 87-89.

Claims

A device for outputting particles containing a source of particles, a differential pumping chamber with nozzles coaxial to the particle source, and pumping holes, characterized in that the sections of the nozzles face the particle source, and an electrode connected to the power source is introduced into the span of the holes at the level of the nozzle section .