RU2256979C1 - Penning-discharge plasma electron source using radially converging ribbon beams - Google Patents

Penning-discharge plasma electron source using radially converging ribbon beams Download PDF

Info

Publication number
RU2256979C1
RU2256979C1 RU2003131538/06A RU2003131538A RU2256979C1 RU 2256979 C1 RU2256979 C1 RU 2256979C1 RU 2003131538/06 A RU2003131538/06 A RU 2003131538/06A RU 2003131538 A RU2003131538 A RU 2003131538A RU 2256979 C1 RU2256979 C1 RU 2256979C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cathode
anode
plasma
rods
cell
Prior art date
Application number
RU2003131538/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003131538A (en
Inventor
В.П. Нархинов (RU)
В.П. Нархинов
Original Assignee
Нархинов Валерий Прокопьевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Нархинов Валерий Прокопьевич filed Critical Нархинов Валерий Прокопьевич
Priority to RU2003131538/06A priority Critical patent/RU2256979C1/en
Publication of RU2003131538A publication Critical patent/RU2003131538A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2256979C1 publication Critical patent/RU2256979C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

FIELD: plasma emission electronics; electronic vacuum technology for heat treatment of outer surfaces of parts, including cylindrical ones, by accelerated electron beam.
SUBSTANCE: proposed plasma electron source incorporating plasma emitter generating radially converging ribbon beam and adjustable slit whose output aperture is variable between 1 and 5 mm has anode made in the form of cylindrical toroid with perforated side surface and two L-section removable rings with ferromagnetic inserts press-fitted onto its edges to organize adjustable emission slit in the form of truncated cone. Cathode made in the form of rectangular-section supporting ring is concentrically disposed inside anode; ferromagnetic rods are deepened on inner side of cathode over generating line through half of their length, and protruding cubic parts of rods divide anode space into Penning discharge cells. Installed in slots provided in outer side surface of cathode are paired permanent magnets that function to build up cross magnetic fields within each cell whose lines of force periodically vary their direction from cell to cell. Cylindrical toroid accommodates coaxially mounted extracting electrode in the form of truncated cone whose small base faces emission slit and rods have intercommunicating holes for feeding working gas to discharge cells from gas dispenser.
EFFECT: enhanced efficiency and reliability, enlarged functional capabilities of emitter in treatment of cylindrical parts.
1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к плазменной эмиссионной электронике, в частности к конструкции источника электронов с плазменным эмиттером, генерирующего радиально сходящиеся ленточные пучки, и может быть использовано в электронно-ионной вакуумной технологии термообработки наружных поверхностей деталей и изделий цилиндрической формы ускоренным пучком электронов.The invention relates to plasma emission electronics, in particular, to the design of an electron source with a plasma emitter that generates radially converging ribbon beams, and can be used in electron-ion vacuum technology for heat treatment of the outer surfaces of parts and articles of a cylindrical shape by an accelerated electron beam.

Известен кольцевой плазменный источник заряженных частиц с накаливаемым катодом, предназначенный для проведения экспериментов по формированию стационарных электронных пучков электронно-оптических систем с плазменным анодом [Завьялов М.А., Неганова Л.А. Кольцевой плазменный источник заряженных частиц //Электротехника, 1983, №4, с.36-39]. Газоразрядный источник состоит из разрядной камеры, представляющий термокатод в виде кольца, который окружен танталовым электродом, имеющим одинаковый потенциал с катодом. Анод представляет собой молибденовую трубку в виде кольца, имеющую в средней части четыре отверстия для выхода плазмы. Анод установлен внутри цилиндрического корпуса источника. Разряд зажигался в области между термокатодом и анодом, а рабочий газ Аr подавался в разрядную камеру с помощью микронатекателя. Вольтамперные характеристики разряда являются типичными для разрядов с накаливаемым катодом. Резкое возрастание напряжения на разряде наблюдалось при приближении разрядного тока к току насыщения термокатода.Known ring plasma source of charged particles with a heated cathode, designed to conduct experiments on the formation of stationary electron beams of electron-optical systems with a plasma anode [Zavyalov MA, Neganova L.A. An annular plasma source of charged particles // Electrical Engineering, 1983, No. 4, p.36-39]. The gas-discharge source consists of a discharge chamber, representing a thermal cathode in the form of a ring, which is surrounded by a tantalum electrode having the same potential with the cathode. The anode is a molybdenum tube in the form of a ring having four openings for the exit of plasma in the middle part. The anode is installed inside the cylindrical body of the source. The discharge was ignited in the region between the thermal cathode and the anode, and the working gas Ar was supplied to the discharge chamber using a microprotector. The current-voltage characteristics of the discharge are typical for incandescent cathode discharges. A sharp increase in the discharge voltage was observed when the discharge current approached the saturation current of the thermal cathode.

Значения разрядного тока, при которых происходит этот переход от свободного режима горения к вынужденному, определялись током накала катода. Ионы извлекались с границы плазмы, локализованной вблизи плоскости выходного отверстия источника подачей отрицательного потенциала на стержень, установленный на оси источника. В эксперименте получен сходящийся поток ионов аргона.The values of the discharge current at which this transition occurs from the free to forced combustion mode were determined by the glow current of the cathode. Ions were extracted from the boundary of the plasma, localized near the plane of the outlet of the source by applying a negative potential to the rod mounted on the axis of the source. In the experiment, a converging flow of argon ions was obtained.

Недостатком известного плазменного источника заряженных частиц в режиме извлечения сходящихся потоков электронов при подаче положительного потенциала на стержень для данной конструкции газоразрядного источника является слабая конструкторская проработка, не позволяющая получать радиально сходящиеся электронные пучки, поскольку попытка их получения приводит к перебрасыванию разряда с анода источника на стержень.A disadvantage of the known plasma source of charged particles in the mode of converging electron flux extraction when a positive potential is applied to the rod for this gas-discharge source design is its poor design, which does not allow obtaining radially converging electron beams, since an attempt to obtain them leads to the transfer of the discharge from the source anode to the rod.

Известен пучково-плазменный СВЧ-прибор [Переводчиков В.И., Завьялов М.А., Неганова Л.А., Лисин В.Н., Мартынов В.Ф., Шапиро А.Л., Цхай В.Н. / Патент RU №20849885, 1997. Бюл. №20], содержащий откачную систему, электронную пушку с катодным и анодным узлом, плазменную пушку с кольцевым катодом, контрагирующим электродом и встроенным в цилиндрические капсулы генератором водорода, корпус обеих пушек выполнен в виде неразъемного моноблока на основе керамических кольцевых изоляторов. В пространстве между анодом и катодом пушки проходит сферическая плазменная граница, с которой отбираются ионы для разогрева катода пушки. Навстречу потоку ионов движутся электроны, образуя пучок с высокой компрессией. Плазма диффундирует в сторону объемного резонатора. Газ поступает от водородных генераторов в тороидальную полость пушки через систему отверстий, равномерно распределенных по азимуту. Ионизированный газ попадает в область электронного пучка через кольцевую щель контрагирующего электрода, расположенную симметрично между полостями отверстий анодных электродов.Known beam-plasma microwave device [Translators V.I., Zavyalov M.A., Neganova L.A., Lisin V.N., Martynov V.F., Shapiro A.L., Tskhai V.N. / Patent RU No. 20849885, 1997. Bull. No. 20], containing a pumping system, an electron gun with a cathode and anode assembly, a plasma gun with a ring cathode, a counteraging electrode and a hydrogen generator built into cylindrical capsules, the body of both guns is made as an integral monoblock based on ceramic ring insulators. In the space between the anode and the cathode of the gun, a spherical plasma boundary passes, from which ions are taken to heat the cathode of the gun. Electrons move towards the ion flow, forming a beam with high compression. Plasma diffuses toward the cavity resonator. Gas flows from hydrogen generators into the toroidal cavity of the gun through a system of holes uniformly distributed in azimuth. Ionized gas enters the region of the electron beam through the annular slit of the counter electrode located symmetrically between the cavities of the holes of the anode electrodes.

Недостатком функционального узла в известном устройстве плазменной пушки в виде газоразрядного источника плазмы с цилиндрическим катодом и контрагирующим электродом, между которыми зажигался разряд и перемещался к выходу контрагирующего электрода, является ограниченная функциональная возможность плазменного анода, поскольку сформированная сферическая плазменная граница обеспечивает поток ионов для нагрева катода электронной пушки, т.е. газоразрядная плазма использована на своему прямому назначению в качестве элемента СВЧ-цепи и не может использоваться как плазменный эмиттер радиально сходящихся ленточных пучков электронов.The disadvantage of the functional unit in the known plasma gun device in the form of a gas-discharge plasma source with a cylindrical cathode and a counter electrode, between which a discharge was ignited and moved to the output of the counter electrode, is the limited functionality of the plasma anode, since the formed spherical plasma boundary provides an ion flow for heating the electron cathode guns i.e. gas-discharge plasma is used for its intended purpose as an element of the microwave circuit and cannot be used as a plasma emitter of radially converging ribbon electron beams.

Известен источник электронов с радиально сходящимся пучком [Бугаев А.С., Винтизенко Л.Г., Гушенец В.И. и др. Электронный ускоритель с плазменным катодом и радиально сходящимся пучком // Тезисы докладов VII Всес. симпозиума по сильноточной электронике. Новосибирск. 1988. ч.II. С.174-176], выбранный в качестве прототипа, содержащий плазменный катод в виде цилиндрического тороида с сетчатым внутренним цилиндром. Коаксиально плазменному катоду установлен перфорированный цилиндрический анод. Эмиттирующая электроны плазма в цилиндрическом тороиде, являющемся общим полым анодом разрядной системы, создается шестью параллельно работающими вакуумно-дуговыми разрядами, инициируемыми разрядом по поверхности диэлектрика.A known source of electrons with a radially converging beam [Bugaev A.S., Vintisenko L.G., Gushenets V.I. et al. Electron accelerator with a plasma cathode and a radially converging beam // Abstracts of VII Vses. symposium on high-current electronics. Novosibirsk 1988. Part II. P.174-176], selected as a prototype, containing a plasma cathode in the form of a cylindrical toroid with a mesh inner cylinder. A perforated cylindrical anode is mounted coaxially to the plasma cathode. The plasma emitting electrons in a cylindrical toroid, which is the common hollow anode of the discharge system, is created by six parallel-running vacuum-arc discharges initiated by a discharge over the surface of the dielectric.

Недостатком известной конструкции является низкая надежность поджигающего катодного узла вследствие быстрого разрушения области контакта электрод-диэлектрик катодным пятном дуги, выработка электрода под диэлектриком приводит к перемещению туда катодного пятна и нарушению устойчивого горения разряда. Кроме того, нестабильность горения разряда связана с радиальной миграцией катодного пятна. Вследствие действия этих факторов наблюдается временная нестабильность эмиссионного электронного тока. Ресурс непрерывной работы данного источника составляет 5-8 часов.A disadvantage of the known design is the low reliability of the firing cathode assembly due to the rapid destruction of the electrode-insulator contact region by the cathode spot of the arc, the development of the electrode under the dielectric leads to the displacement of the cathode spot therein and disrupts the stable burning of the discharge. In addition, the instability of the discharge burning is associated with the radial migration of the cathode spot. Due to the action of these factors, a temporary instability of the emission electron current is observed. The continuous operation resource of this source is 5-8 hours.

Известное устройство в виде цилиндрического тороида с диаметром внешнего цилиндра, равным 500 мм, и цилиндрического анода диаметром 150 мм имеет при этом внутренний цилиндр тороида, выполненный сетчатым с размерами ячеек 0,6× 0,6 мм для вывода радиально сходящегося пучка электронов. Фиксированные размеры выходных ячеек, обусловленные принятой структурной компоновкой данного источника электронов с радиально сходящимся пучком, ограничивают его функциональные возможности для обработки наружных поверхностей изделий и деталей цилиндрической формы.The known device in the form of a cylindrical toroid with an outer cylinder diameter of 500 mm and a cylindrical anode with a diameter of 150 mm has an inner toroid cylinder made of a mesh with a mesh size of 0.6 × 0.6 mm to output a radially converging electron beam. The fixed sizes of the output cells, due to the adopted structural layout of this electron source with a radially converging beam, limit its functionality for processing the outer surfaces of products and parts of a cylindrical shape.

Совокупность перечисленных факторов указывает на низкую эффективность известного источника с радиально сходящимся пучком электронов.The combination of these factors indicates the low efficiency of a known source with a radially converging electron beam.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности и ресурса, увеличении функциональных возможностей предлагаемого плазменного источника электронов на основе пеннинговского разряда с радиально сходящимся ленточным пучком.The technical result of the invention is to increase reliability and resource, increase the functionality of the proposed plasma electron source based on the Penning discharge with a radially converging ribbon beam.

Технический результат достигается тем, что в известную конструкцию источника электронов с радиально сходящимся пучком, содержащую разрядные системы, удаленные от центра цилиндрического тороида, образующие кольцевой плазменный эмиттер, анод выполнен в форме цилиндрического тороида с внутренним цилиндром, имеющим посередине щель с возможностью регулировки ее толщины, секционированного полыми стержнями - полюсными наконечниками катода плазменного эмиттера, выполненного в виде кольца из немагнитной стали с 28 отверстиями, сообщающимися с кольцевым каналом подачи и распределения рабочего газа по отверстиям в 28 полюсных наконечниках, по которым газ проникал и распространялся по всем разрядным ячейкам одновременно, постоянные магниты, расположенные в пазах на внешней боковой поверхности катода плазменного эмиттера, образуют магнитную систему, замкнутую через ферромагнитные анодные вставки; введен извлекающий электрод из ферромагнитной стали, выполненный в форме усеченного конуса, обращенного малым основанием к регулируемой по толщине щели, и установлен концентрично с кольцевым зазором 5 мм внутреннему цилиндру тороида.The technical result is achieved by the fact that in the known design of an electron source with a radially converging beam, containing discharge systems remote from the center of a cylindrical toroid forming an annular plasma emitter, the anode is made in the form of a cylindrical toroid with an inner cylinder having a slot in the middle with the possibility of adjusting its thickness, sectioned by hollow rods - pole tips of the cathode of a plasma emitter, made in the form of a ring of non-magnetic steel with 28 holes communicating with an annular channel for supplying and distributing the working gas through openings in 28 pole tips, through which the gas penetrated and spread through all the discharge cells at the same time, permanent magnets located in grooves on the outer side surface of the plasma emitter cathode form a magnetic system closed through ferromagnetic anode inserts ; an extracting electrode from ferromagnetic steel is introduced, made in the form of a truncated cone, facing with a small base to a slit that is adjustable in thickness, and mounted concentrically with a ring gap of 5 mm to the inner cylinder of the toroid.

Совмещение функций ослабления поперечной составляющей индукции магнитного поля в ячейках, т.е. локальной деформации в области эмиссионной щели, приводящей к усилению электронной компоненты анодного тока разряда, и контрагирование за счет сужающей геометрической формы эмиссионного канала, образованного ферромагнитными анодными вставками, позволяет увеличить концентрацию эмитирующей плазмы.The combination of the attenuation functions of the transverse component of the magnetic field induction in the cells, i.e. local deformation in the region of the emission gap, which leads to the amplification of the electronic component of the anode discharge current, and contraction due to the narrowing geometric shape of the emission channel formed by the ferromagnetic anode inserts, can increase the concentration of the emitting plasma.

Введение в состав источника извлекающего электрода специальной геометрической формы, сочетающейся с эмиссионным каналом и корректирующейся щелевой электронной оптикой, приводит к усилению тока пучка.The introduction of a special geometric shape into the composition of the source of the extracting electrode, combined with the emission channel and corrected slit electronic optics, leads to an increase in the beam current.

В целом, устройство для получения радиально сходящихся пучков состоит из конструкции источника электронов, приборов и элементов газообеспечения и электрического питания, вакуумной камеры, средств получения и поддержания вакуума в рабочем диапазоне давлений 10-4... 10-3 торр.In general, a device for producing radially converging beams consists of a design of an electron source, devices and gas supply and electric power elements, a vacuum chamber, means for obtaining and maintaining a vacuum in the operating pressure range of 10 -4 ... 10 -3 torr.

Сущность изобретения поясняется с помощью фиг.1 – разрядная камера без верхнего анодного кольца (а) и внешний вид в сборе (б); фиг.2 - конструкция (a) и структурная электрическая схема плазменного источника электронов с радиально сходящимся ленточным пучком (б); фиг.3 - элементы и приборы внешнего газообеспечения и измерения давления (а), экспериментальный стенд (б).The invention is illustrated with the help of figure 1 - discharge chamber without the upper anode ring (a) and the appearance of the Assembly (b); figure 2 - design (a) and structural circuit diagram of a plasma electron source with a radially converging tape beam (b); figure 3 - elements and devices of external gas supply and pressure measurement (a), experimental stand (b).

Источник электронов содержит анод плазменного эмиттера из немагнитной стали в виде цилиндрического тороида внешним диаметром 200 мм, выполненного из цилиндра 1, перфорированного 28 отверстиями в боковой поверхности, с внутренней резьбой М 190× 1 мм, и двух съемных колец 2 из немагнитной стали Г-образной формы сечения, на края которых напрессованы ферромагнитные вставки 3 такой формы, что при смыкании (размыкании) анодных колец 2 образуется эмиссионный канал в виде усеченного конуса обращенного большим основанием в сторону разрядных ячеек, меньшим - в сторону направления извлечения с регулируемой по высоте щелью.The electron source contains an anode of a plasma emitter of non-magnetic steel in the form of a cylindrical toroid with an external diameter of 200 mm, made of cylinder 1, perforated by 28 holes in the side surface, with an internal thread M 190 × 1 mm, and two removable rings 2 of non-magnetic steel L-shaped cross-sectional shapes, onto the edges of which ferromagnetic inserts 3 are pressed in such a shape that when the anode rings 2 are closed (open), an emission channel is formed in the form of a truncated cone facing a large base towards the discharge cells, less shim - in the direction of the extraction direction with a height-adjustable slit.

Катод 4 плазменного эмиттера выполнен из немагнитной стали в виде опорного кольца прямоугольной формы внешним диаметром 260 мм. С внутренней стороны диаметром 205 мм по образующей заглублены 28 ферромагнитных стержней 5 на половину своей длины с углом сходимости θ =12,8° . Выступающие из опорного катода 4 сквозь изоляторные втулки 6 кубические части стержней 5 сечением 10× 10× 10 мм делят полость анода в виде цилиндрического тороида на 28 коротких разрядных ячеек типа Пеннинга. Попарно скрепленные постоянные магниты 7 из самарий-кобальтового сплава установлены в пазы на внешней боковой поверхности катода 4 таким образом, что создают поперечное магнитное поле в каждой ячейке 8 с индукцией ~0,1 Тл, при этом направление силовых линий магнитного поля от ячейки к ячейке периодически меняется.The cathode 4 of the plasma emitter is made of non-magnetic steel in the form of a support ring of a rectangular shape with an outer diameter of 260 mm. On the inside, with a diameter of 205 mm, 28 ferromagnetic rods 5 are buried along the generatrix by half its length with a convergence angle θ = 12.8 °. The cubic parts of the rods 5 protruding from the reference cathode 4 through the insulating sleeves 6 with a cross section of 10 × 10 × 10 mm divide the anode cavity in the form of a cylindrical toroid into 28 short discharge cells of the Penning type. Pairwise bonded permanent magnets 7 of a samarium-cobalt alloy are mounted in grooves on the outer side surface of the cathode 4 in such a way that they create a transverse magnetic field in each cell 8 with an induction of ~ 0.1 T, while the direction of the magnetic field lines from cell to cell periodically changes.

Электрически соединенные, посредством катода 4 стержни 5 являются полюсными наконечниками внешнего магнитного поля и имеют сообщающиеся между собой отверстия 9 и 10 диаметром 4 мм (фиг.2), по которым натекал рабочий газ в разрядные ячейки 8.Electrically connected, through the cathode 4, the rods 5 are pole tips of an external magnetic field and have openings 9 and 10 connected with each other with a diameter of 4 mm (FIG. 2) through which the working gas flowed into the discharge cells 8.

Разрядная камера установлена в нижнее кольцо 11, на которое ложится верхнее 12. При смыкании двух колец с помощью разъемных вакуумно-плотных соединений в корпусе 13 образуются две кольцевые полости, разные по своему назначению. В нижней - охлаждался катод с постоянными магнитами благодаря обдуву протоком сжатого воздуха через штуцеры 14. В верхнее кольцо 12 к установленным штуцерам 15 на диаметрально противоположных сторонах поступал рабочий газ по магистральной диэлектрической трубке 16 через газораспределитель 17 от баллона 18 с игольчатым натекателем 19 (фиг.2, 3) и проходил внутренние каналы, соединяющие штуцеры 15 с выходными отверстиями 20 в проточке внутренней стороны верхнего кольца 12, и проникал в отсеченную от атмосферы с помощью вакуумноплотных соединений 21 полость, имеющую 28 отверстий 22, далее напроход распространялся по сообщающимся отверстиям 9 и 10 в стержнях 5, одновременно растекаясь по всем разрядным ячейкам 8.The discharge chamber is installed in the lower ring 11, on which the upper 12 rests. When two rings are closed using detachable vacuum-tight joints, two ring cavities are formed in the housing 13, which are different in their purpose. In the lower one, the cathode with permanent magnets was cooled by blowing compressed air through the fittings 14. In the upper ring 12 to the mounted fittings 15 on the diametrically opposite sides the working gas flowed through the main dielectric tube 16 through the gas distributor 17 from the balloon 18 with needle leakage 19 (Fig. 2, 3) and passed the internal channels connecting the fittings 15 to the outlet holes 20 in the groove of the inner side of the upper ring 12, and penetrated 21 p lethargy, 28 having holes 22 for further naprohod distributed communicating holes 9 and 10 in the bars 5 while spreading in all discharge cells 8.

Работает источник электронов с радиально сходящимся ленточным пучком следующим образом. Плазменный источник электронов 23 вакууммировался до давления остаточных газов ~2-10-4 торр присоединением через проходной изолятор 24 к вакуумной камере 25 и уплотнением технологической крышкой 26 из оргстекла, на который крепился извлекающий электрод 27. Соосность элементов источника электронов 23 выдерживалась выполненными проточками в проходном изоляторе 24 и технологической крышке 26, имеющей высоковольтный ввод извлекающего электрода по кабелю 28 от высоковольтного выпрямителя 29.A source of electrons with a radially converging ribbon beam operates as follows. The plasma electron source 23 was evacuated to a residual gas pressure of ~ 2-10 -4 torr by attaching through the bushing 24 to the vacuum chamber 25 and sealing the plexiglass with a technological cover 26, on which the extracting electrode 27 was attached. The alignment of the elements of the electron source 23 was maintained by grooves in the passage the insulator 24 and the process cover 26 having a high voltage input of the extracting electrode via cable 28 from the high voltage rectifier 29.

Затем напускался рабочий газ и после установления газодинамического равновесия в системе напуска и откачки при давлении ~7-10-4 торр, измеряемым вакуумметром 30 с помощью датчиков-преобразователей, установленных в области расположения источника электронов на вакуумной камере, подавалось напряжение на разрядный промежуток между анодом и катодом от источника постоянного тока 31. Благодаря рациональному сочетанию электрического и магнитного ЕХВ полей зажигался низковольтный тлеющий разряд в пеннинговской электродной системе. С появлением стартового тока в несколько микроампер свечение мгновенно возникало во всех ячейках, с ростом тока разряда свечение становилось интенсивнее по визуальному наблюдению сквозь оргстеклянную технологическую крышку 26 (фиг.3). Устойчивое горение разряда связано секционированием полости анода в виде цилиндрического тороида полюсными наконечниками и газообеспечением протяженной кольцевой разрядной системы.Then, the working gas was injected, and after establishing gas-dynamic equilibrium in the intake and pumping system at a pressure of ~ 7-10 -4 Torr, measured by a vacuum gauge 30 using transducers installed in the region of the electron source on the vacuum chamber, voltage was applied to the discharge gap between the anode and a cathode from a direct current source 31. Due to the rational combination of electric and magnetic EXB fields, a low-voltage glow discharge was ignited in the Penning electrode system. With the appearance of a starting current of several microamps, the glow instantly appeared in all cells, with an increase in the discharge current, the glow became more intense by visual observation through the plexiglass technological cover 26 (Fig. 3). Stable discharge burning is connected by sectioning the anode cavity in the form of a cylindrical toroid with pole tips and gas supply to an extended annular discharge system.

Кольцевая плазма разряда локализовалась в пеннинговских ячейках 8 и механически контрагировалась в эмиссионном канале 32, выполненного из ферромагнитного материала, ослабляющего поперечную составляющую магнитного поля, что приводит к усилению продольной компоненты магнитного поля в окрестности эмиссионной щели 33. Использование ускоряющего электрода 27 из ферромагнитного материала усиливает "провисание" магнитного поля в сторону направления движения электронов в цилиндрическом ускоряющем зазоре за счет ослабления влияния магнитного поля рассеяния.An annular discharge plasma was localized in Penning cells 8 and mechanically locked in an emission channel 32 made of a ferromagnetic material that attenuates the transverse component of the magnetic field, which leads to an increase in the longitudinal component of the magnetic field in the vicinity of the emission gap 33. Using an accelerating electrode 27 made of a ferromagnetic material amplifies " sagging "of the magnetic field in the direction of the direction of electron motion in the cylindrical accelerating gap due to the weakening of the influence of magnetic scattering fields.

При подаче напряжения от высоковольтного выпрямителя 29 на промежуток между анодными кольцами 2 и извлекающим электродом 27 получали радиально сходящийся пучок на коллекторе.When applying voltage from the high-voltage rectifier 29 to the gap between the anode rings 2 and the extracting electrode 27, a radially converging beam was obtained on the collector.

Азимутальное распределение тока 28 сходящихся ленточных пучков электронов, определяемое новым методом с помощью устройства вращающегося цилиндра Фарадея, имеет относительную однородность ±5% с учетом погрешности измерений.The azimuthal current distribution of 28 converging ribbon electron beams, determined by the new method using the device of a rotating Faraday cup, has a relative uniformity of ± 5%, taking into account the measurement error.

Использование в качестве генератора кольцевой эмиттирующей радиально сходящийся пучок плазмы пеннинговского разряда с полым катодом низкого давления вместо вакуумного дугового разряда, инициируемого разрядом по поверхности диэлектрика, обеспечивает длительную и стабильную электронную эмиссию ленточных пучков. Благодаря возможности изменения толщины пучка за счет изменения размера кольцевой эмиссионной щели цилиндрического тороида повышается эффективность использования данного источника электронов.The use of a Penning discharge plasma discharge with a hollow low-pressure hollow cathode instead of a vacuum arc discharge initiated by a discharge across the surface of the dielectric as a generator emits a ring emitting radially converging beam of beam, which ensures a long and stable electron emission of ribbon beams. Due to the possibility of changing the beam thickness by changing the size of the annular emission gap of a cylindrical toroid, the efficiency of using this electron source is increased.

Надежность при непрерывной работе эксплуатации источника с холодным полым катодом до 100 часов и технологическая возможность термообработки деталей, изделий с равномерным энерговкладом в локальную поверхность объекта выгодно отличает предлагаемый источник от прототипа.Reliability during continuous operation of the source with a cold hollow cathode up to 100 hours and the technological feasibility of heat treatment of parts, products with uniform energy input into the local surface of the object compares the proposed source from the prototype.

Claims (1)

Плазменный источник электронов на основе пеннинговского разряда с радиально сходящимся ленточным пучком, содержащий анод, выполненный в виде цилиндрического тороида, перфорированного отверстиями на боковой поверхности, и двух съемных колец, имеющих Г-образную форму в сечении, на края которых напрессованы ферромагнитные вставки с образованием регулируемой эмиссионной щели в виде усеченного конуса, концентрично внутри анода расположен катод, выполненный в виде опорного кольца, имеющего прямоугольную форму в сечении, на внутренней стороне которого по образующей заглублены ферромагнитные стержни наполовину своей длины, а выступающие кубические части стержней делят полость анода на разрядные ячейки типа Пеннинга, на внешней боковой поверхности катода в пазах установлены попарно скрепленные постоянные магниты, создающие в каждой ячейке поперечное магнитное поле, при этом направление силовых линий магнитного поля от ячейки к ячейке периодически меняется, в цилиндрическом тороиде соосно установлен извлекающий электрод в виде усеченного конуса, обращенного малым основанием к эмиссионной щели, а стержни имеют сообщающиеся между собой отверстия для подачи рабочего газа в разрядные ячейки от газораспределителя.A plasma source of electrons based on a Penning discharge with a radially converging ribbon beam, containing an anode made in the form of a cylindrical toroid, perforated with holes on the side surface, and two detachable rings having an L-shaped cross-section, on the edges of which ferromagnetic inserts are pressed to form an adjustable of the emission gap in the form of a truncated cone, a cathode is arranged concentrically inside the anode, made in the form of a support ring having a rectangular shape in cross section, on the inner side on which the ferromagnetic rods are half deepened along the generatrix, and the protruding cubic parts of the rods divide the anode cavity into Penning-type discharge cells, pairwise fixed permanent magnets are installed in the grooves on the outer lateral surface of the cathode, creating a transverse magnetic field in each cell, and the direction of the force of the magnetic field lines from cell to cell periodically changes; in the cylindrical toroid, the extracting electrode is coaxially mounted in the form of a truncated cone facing a small base by pressing to the emission gap, and the rods have openings interconnected for supplying working gas to the discharge cells from the gas distributor.
RU2003131538/06A 2003-10-27 2003-10-27 Penning-discharge plasma electron source using radially converging ribbon beams RU2256979C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003131538/06A RU2256979C1 (en) 2003-10-27 2003-10-27 Penning-discharge plasma electron source using radially converging ribbon beams

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003131538/06A RU2256979C1 (en) 2003-10-27 2003-10-27 Penning-discharge plasma electron source using radially converging ribbon beams

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003131538A RU2003131538A (en) 2005-04-10
RU2256979C1 true RU2256979C1 (en) 2005-07-20

Family

ID=35611556

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003131538/06A RU2256979C1 (en) 2003-10-27 2003-10-27 Penning-discharge plasma electron source using radially converging ribbon beams

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2256979C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2554104C2 (en) * 2013-07-22 2015-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно - производственная фирма "Прогресс" Mass-spectrometer analyser of gas leak detector
RU2789276C1 (en) * 2022-04-19 2023-02-01 Акционерное Общество "Нииэфа Им. Д.В. Ефремова" Plasma source of charged particles

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БУГАЕВ А.С. и др. Электронный ускоритель с плазменным катодом и радиально сходящимся пучком. Тезисы докладов VII Всесоюзного симпозиума по сильноточной электронике. Новосибирск, 1988, ч.II, с.174-176. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2554104C2 (en) * 2013-07-22 2015-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно - производственная фирма "Прогресс" Mass-spectrometer analyser of gas leak detector
RU2789276C1 (en) * 2022-04-19 2023-02-01 Акционерное Общество "Нииэфа Им. Д.В. Ефремова" Plasma source of charged particles

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003131538A (en) 2005-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4716491A (en) High frequency plasma generation apparatus
US4335465A (en) Method of producing an accellerating electrons and ions under application of voltage and arrangements connected therewith
JPS6276137A (en) Ion source
US4122347A (en) Ion source
KR101983294B1 (en) An Electron Structure of a Large Current Duo Plasmatron Ion Source for BNCT Accelerator and an Apparatus Comprising the Same
Gushenets et al. Electrostatic plasma lens focusing of an intense electron beam in an electron source with a vacuum arc plasma cathode
JPH04264346A (en) Plasma source apparatus for injecting ions
Shikhovtsev et al. Inductive RF drivers for neutral beam injectors at BINP
RU2256979C1 (en) Penning-discharge plasma electron source using radially converging ribbon beams
Gavrisenko et al. Comparative analysis of high-frequency plasma drivers with various protective screens for atomic injectors with multi-second pulse duration
CN216391496U (en) Plasma generating device and ion source
WO2023047786A1 (en) Circular accelerator, particle beam radiotherapy system, and ion source
CN107591301B (en) Plasma cathode solid electron gun
Bayless Plasma‐cathode electron gun
US3798488A (en) Plasma source of charged particles
Davydenko et al. Development of neutral beam injectors for plasma diagnostic in Budker Institute of Nuclear Physics
RU159300U1 (en) ELECTRONIC SOURCE WITH PLASMA EMITTER
US3268758A (en) Hollow gas arc discharge device utilizing an off-center cathode
Hirsch et al. Highly efficient, inexpensive, medium current ion source
RU2084985C1 (en) Plasma beam s h f device
RU2338294C1 (en) Wide-angle gaseous ion source
Abroyan et al. Duoplasmatron parameters for optimum positive or negative ion yield
Bugaev et al. Enhanced electric breakdown strength in an electron-optical system
RU2096857C1 (en) Wide-aperture plasma emitter
Gushenets et al. Plasma Optical System Based on an Anode-Layer Plasma Thruster for Intense Electron Beam Transport

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20061028