RU2400861C1 - Газоразрядная электронная пушка - Google Patents
Газоразрядная электронная пушка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2400861C1 RU2400861C1 RU2009131405/28A RU2009131405A RU2400861C1 RU 2400861 C1 RU2400861 C1 RU 2400861C1 RU 2009131405/28 A RU2009131405/28 A RU 2009131405/28A RU 2009131405 A RU2009131405 A RU 2009131405A RU 2400861 C1 RU2400861 C1 RU 2400861C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- discharge
- cathode
- hydrogen
- electron gun
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 229910000816 inconels 718 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000010814 metallic waste Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/06—Electron sources; Electron guns
- H01J37/077—Electron guns using discharge in gases or vapours as electron sources
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
- H01J37/305—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating, or etching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/16—Remelting metals
- C22B9/22—Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation
- C22B9/228—Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation by particle radiation, e.g. electron beams
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для электронно-лучевой плавки высокореакционных металлов и сплавов в вакууме или среде инертного газа. Газоразрядная электронная пушка содержит размещенный в герметичном корпусе на высоковольтном изоляторе вогнутый катод с эмиссионной сферической поверхностью, соосный ему цилиндрический анод с отверстием для вывода пучка, лучевод с размещенными фокусирующими катушками, систему подачи газа в разрядный промежуток, системы охлаждения катода и анода. Газоразрядная камера пушки выполнена в виде отдельной съемной вставки, на нижнем торце которой выполнен щелевой завихритель рабочего газа. Щелевой завихритель газоразрядной камеры выполнен в виде кольца, при этом в области, прилегающей к наружному диаметру кольца, дополнительно выполнена кольцевая полость газораспределения, соединенная с отверстием вывода пучка посредством сквозных тангенциальных отверстий прямоугольного сечения, расположенных через равные интервалы. В качестве рабочего газа используется технический водород с добавлением водородно-кислородной смеси, образующейся посредством разложения паров воды в электролизере пушки. Технический результат - снижение расходов и продолжительности монтажа и ремонта пушки, стабилизация подачи рабочего газа в газоразрядную камеру и получение равномерного распределения газа по эмиссионной сферической поверхности вогнутого катода. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для электронно-лучевой плавки в вакууме или среде инертного газа высокореакционных металлов и сплавов.
Известна газоразрядная электронная пушка, содержащая холодный катод и соосный ему анод с отверстием для вывода пучка, образующие разрядный промежуток и фокусирующее устройство (а.с. №799046, 1981).
Известна газоразрядная электронная пушка, содержащая электродную систему, состоящую из размещенного в герметичном корпусе на высоковольтном изоляторе холодного вогнутого катода с развитой эмиссионной сферической поверхностью и установленного соосно ему полого анода с отверстием в дне, расположенный под электродной системой лучевод с закрепленными на нем фокусирующими катушками (патент РФ №2323502, 2008).
Основными недостатками известных газоразрядных пушек являются трудоемкость их изготовления, монтажа и обслуживания в части наличия неразборной газоразрядной камеры, входящей в состав анода, сложность системы подачи рабочего газа в газоразрядную камеру, а также неравномерное распределение рабочего газа, подающегося на вогнутую эмиссионную сферическую поверхность катода, вызывающее ее локальную эрозию и, как следствие, ускоренный износ.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка конструкции газоразрядной электронной пушки, позволяющей снизить затраты на ее изготовление, монтаж и эксплуатацию.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является снижение расходов и продолжительности ремонта пушки, стабилизация подачи рабочего газа в газоразрядную камеру и получение равномерного распределения газа по эмиссионной сферической поверхности вогнутого катода.
Технический результат достигается тем, что в газоразрядной электронной пушке, содержащей размещенный в герметичном корпусе на высоковольтном изоляторе вогнутый катод с эмиссионной сферической поверхностью, соосный ему цилиндрический анод с отверстием для вывода пучка, лучевод с размещенными фокусирующими катушками, систему подачи и регулирования состава рабочего газа, системы охлаждения катода и анода, газоразрядная камера выполнена в виде отдельной съемной вставки, на нижнем торце которой выполнен щелевой завихритель рабочего газа. Щелевой завихритель газоразрядной камеры выполнен в виде кольца, при этом в области, прилегающей к наружному диаметру кольца, дополнительно выполнена кольцевая полость газораспределения, соединенная с отверстием вывода пучка посредством сквозных тангенциальных отверстий прямоугольного сечения, расположенных через равные интервалы. В качестве рабочего газа используется подающийся в газоразрядную камеру технический водород с добавлением водородно-кислородной смеси, образующейся посредством разложения паров воды в электролизере пушки. Регулировка процентного соотношения элементов рабочего газа осуществляется посредством источника питания электролизера и регулятора источника подачи водорода. Регулировка процентного соотношения элементов рабочего газа осуществляется посредством регулирования сечения дросселя на линии подачи водородно-кислородной смеси.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен схематический разрез конструкции газоразрядной электронной пушки, на фиг.2 - схематический разрез по сечению А-А, на фиг.3 - схема системы подачи рабочего газа, на фиг.4 изображена вогнутая сферическая поверхность катода в плане.
Газоразрядная электронная пушка содержит корпус на герметичном высоковольтном изоляторе 1, в который установлен водоохлаждаемый катод 2 с вогнутой катодной вставкой 3, имеющей сферическую эмиссионную поверхность 4. При помощи центрирующей проточки цилиндрического корпуса 5 катод 2 соосно установлен на полом аноде, состоящем из газоразрядной камеры 6, выполненной в виде вставки со щелевым завихрителем 7 на нижнем торце, и лучевода 8 с размещенными на нем фокусирующими катушками. Щелевой завихритель 7 (фиг.2) содержит штуцер для подачи рабочего газа 9, полость газораспределения 10, соединенную с помощью сквозных тангенциальных отверстий 11 с отверстием вывода пучка 12. Система подачи рабочего газа (фиг.3) содержит наполнитель 13 с водородом, регулятор давления 14, стабилизатор давления газа 15 и задатчик-регулятор расхода газа 16, установленные на одной линии подачи газа. На второй линии подачи рабочего газа размещены емкость для воды 17, емкость-электролизер 18 с подключенным источником питания 19, электромагнитный клапан 20 и регулятор расхода 21. Обе линии подачи газа соединены смесителем 22.
Газоразрядная электронная пушка работает следующим образом.
После создания вакуума включается система подачи и регулирования состава рабочего газа. По одной линии чистый водород поступает из баллона через редуктор и стабилизатор расхода газа в дозирующий смеситель. Расход газа определяется задатчиком величины расхода. По другой линии установлены две емкости с водой, выполненные в виде сообщающихся сосудов. К одной емкости подключен источник питания для разложения электролизом паров воды на смесь кислорода и водорода. Смесь кислорода и водорода через электромагнитный клапан и регулятор (стабилизатор) расхода, выполненный в виде дроссельной шайбы, поступает в дозирующий смеситель, где осуществляется соединение газа, подающегося из обеих линий. Из смесителя рабочий газ требующейся концентрации поступает в полость газораспределения завихрителя газоразрядной камеры, где осуществляется выравнивание давления газа. Далее газ постоянного давления поступает одновременно во все тангенциальные отверстия завихрителя и через отверстие вывода пучка подается на эмиссионную сферическую поверхность вогнутого катода. На катод через токоподвод следует подача ускоряющего напряжения. При приложении напряжения между катодом и анодом в разрядном пространстве в среде рабочего газа возникает самоподдерживающийся высоковольтный тлеющий разряд с областью плазмы, заполняющей полость анода, и областью катодного падения потенциала, расположенной между эмиссионной сферической поверхностью вогнутого катода и плазмой. Вытягиваемые электрическим полем катодного падения с границы плазмы положительные ионы, двигаясь к катоду, претерпевают многократную перезарядку, в результате чего сферическая поверхность вогнутого катода бомбардируется потоком ионов и быстрых нейтральных частиц (атомов и молекул), вызывающих эмиссию электронов. Электроны, ускоряясь в области катодного падения, формируются в сходящийся электронный луч, ионизуя при этом рабочий газ в разрядном пространстве и обеспечивая этим существование плазмы и дополнительного потока ионов в сторону катода. Электронный луч выводится из разрядного пространства в лучевод через отверстие вывода пучка и с помощью фокусирующих катушек фокусируется на поверхности нагреваемого объекта.
Конструкция газоразрядной камеры, выполненной в виде отдельной съемной вставки, позволяет производить ее быструю замену, оставляя невредимым анодный узел, что делает пушку более удобной и сравнительно недорогой в изготовлении, монтаже и обслуживании.
Выполненный на нижнем торце газоразрядной камеры щелевой завихритель с полостью газораспределения и сквозными тангенциальными отверстиями обеспечивает получение ламинарных потоков рабочего газа и равномерное распределение потоков по всей площади эмиссионной сферической поверхности вогнутого катода. Это приводит к исключению локальной эрозии, получению равномерной эмиссии ионов, стабилизации параметров луча и, следовательно, снижению износа вогнутого катода и повышению ресурса работы пушки.
С целью стабилизации напряжения разряда в качестве рабочего газа пушки используют технический водород с добавлением водородно-кислородной смеси. Осуществляемое регулирование процентного соотношения элементов рабочего газа посредством источника питания электролизера и регулятора источника подачи водорода обеспечивает заданную точность показателей состава смеси. Система подачи и регулирования состава рабочего газа при минимальных затратах позволяет производить надежную подачу и требуемую точность регулирования процентного соотношения элементов рабочего газа, что обеспечивает стабильное функционирование пушки.
Промышленную применимость предлагаемого изобретения подтверждает следующий пример конкретного выполнения.
Газоразрядную электронную пушку использовали для переплава металлических отходов (например, из сплава Инконель 718). После включения источника питания на пушку подавали ток силой 7 А и напряжением 25 кВ. В качестве рабочего газа использовали соединение технического водорода с примесью кислорода 0,05 мас.%. Расход рабочего газа составлял 25 л/ч. Работа пушки производилась в штатном режиме, поломок и аварийных ситуаций не зафиксировано. Полученный металл соответствует всем требованиям нормативной документации. После 70 часов работы пушки был снят катод и произведен осмотр его вогнутой сферической поверхности. Локальная эрозия на поверхности отсутствовала, катод пригоден для дальнейшей эксплуатации без дополнительной доработки (см. фиг.4).
Предлагаемая конструкция газоразрядной электронной пушки позволяет уменьшить затраты на изготовление, монтаж и ремонт пушки, стабилизировать процесс подачи рабочего газа в газоразрядную камеру и повысить равномерность распределения подающегося газа по эмиссионной сферической поверхности вогнутого катода.
Claims (5)
1. Газоразрядная электронная пушка, содержащая размещенный в герметичном корпусе на высоковольтном изоляторе вогнутый катод с эмиссионной сферической поверхностью, соосный с ним цилиндрический анод с отверстием для вывода пучка, лучевод с размещенными фокусирующими катушками, систему подачи газа в разрядный промежуток, системы охлаждения катода и анода, отличающаяся тем, что газоразрядная камера выполнена в виде отдельной съемной вставки, на нижнем торце которой выполнен щелевой завихритель рабочего газа.
2. Газоразрядная электронная пушка по п.1, отличающаяся тем, что щелевой завихритель газоразрядной камеры выполнен в виде кольца, при этом в области, прилегающей к наружному диаметру кольца, дополнительно выполнена кольцевая полость газораспределения, соединенная с отверстием вывода пучка посредством сквозных тангенциальных отверстий прямоугольного сечения, расположенных через равные интервалы.
3. Газоразрядная электронная пушка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве рабочего газа используется подающийся в газоразрядную камеру технический водород с добавлением водородно-кислородной смеси, образующейся посредством разложения паров воды в электролизере пушки.
4. Газоразрядная электронная пушка по п.1, отличающаяся тем, что регулировка процентного соотношения элементов рабочего газа осуществляется посредством источника питания электролизера и регулятора источника подачи водорода на линии подачи водородно-кислородной смеси.
5. Газоразрядная электронная пушка по п.1, отличающаяся тем, что регулировка процентного соотношения элементов рабочего газа осуществляется посредством регулирования сечения дросселя на линии подачи водородно-кислородной смеси.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009131405/28A RU2400861C1 (ru) | 2009-08-18 | 2009-08-18 | Газоразрядная электронная пушка |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009131405/28A RU2400861C1 (ru) | 2009-08-18 | 2009-08-18 | Газоразрядная электронная пушка |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2400861C1 true RU2400861C1 (ru) | 2010-09-27 |
Family
ID=42940524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009131405/28A RU2400861C1 (ru) | 2009-08-18 | 2009-08-18 | Газоразрядная электронная пушка |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2400861C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2452056C1 (ru) * | 2010-12-13 | 2012-05-27 | Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) | Способ получения пучка атомов или молекул в тлеющем разряде и устройство для его осуществления |
| CN103887131A (zh) * | 2012-12-19 | 2014-06-25 | 北京有色金属研究总院 | 一种600kw气体放电电子枪及其使用方法 |
| RU2777038C1 (ru) * | 2021-12-17 | 2022-08-01 | Публичное акционерное общество "Электромеханика" | Газоразрядная электронно-лучевая пушка |
-
2009
- 2009-08-18 RU RU2009131405/28A patent/RU2400861C1/ru active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2452056C1 (ru) * | 2010-12-13 | 2012-05-27 | Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) | Способ получения пучка атомов или молекул в тлеющем разряде и устройство для его осуществления |
| CN103887131A (zh) * | 2012-12-19 | 2014-06-25 | 北京有色金属研究总院 | 一种600kw气体放电电子枪及其使用方法 |
| CN103887131B (zh) * | 2012-12-19 | 2016-08-17 | 北京有色金属研究总院 | 一种600kw气体放电电子枪及其使用方法 |
| RU2777038C1 (ru) * | 2021-12-17 | 2022-08-01 | Публичное акционерное общество "Электромеханика" | Газоразрядная электронно-лучевая пушка |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20200156153A1 (en) | Method and system for manufacturing of three dimensional objects | |
| US7879203B2 (en) | Method and apparatus for cathodic arc ion plasma deposition | |
| CN104505325B (zh) | 一种高电压气体放电电子枪装置 | |
| Osipov et al. | A plasma–cathode electron source designed for industrial use | |
| AU2012371647B2 (en) | Extended cascade plasma gun | |
| CA2621914C (en) | Method for producing thermal energy | |
| RU2400861C1 (ru) | Газоразрядная электронная пушка | |
| US10354845B2 (en) | Atmospheric pressure pulsed arc plasma source and methods of coating therewith | |
| RU2411286C1 (ru) | Устройство для плазмохимического гидрокрекинга углеводородных фракций | |
| RU2323502C1 (ru) | Газоразрядная электронная пушка | |
| US4540868A (en) | Plasma gun that reduces cathode contamination | |
| CN210438827U (zh) | 一种脉冲碳离子激发源装置 | |
| US20210235574A1 (en) | Electrode assembly for plasma generation | |
| DE102015104433B3 (de) | Verfahren zum Betreiben einer Kaltkathoden-Elektronenstrahlquelle | |
| CN110524096B (zh) | 用于连接真空焊箱的等离子焊枪 | |
| RU2454046C1 (ru) | Плазменный эмиттер электронов | |
| LV15213B (lv) | Gāzizlādes elektronu lielgabals | |
| UA90536C2 (ru) | Газоразрядная электронная пушка | |
| RU2594932C2 (ru) | Устройство электронно-лучевой пушки r-250 | |
| CN104465284A (zh) | 一种磁过滤mevva金属离子源 | |
| UA82101C2 (ru) | Газоразрядная электронная пушка | |
| UA79171U (ru) | Газоразрядная электронная пушка | |
| UA18148U (en) | Gas-discharge electron gun | |
| Burdovitsin et al. | Narrow Focusing Electron Beam Production by Plasma Cathode Gun at Fore-Pump Pressure Range | |
| UA123969U (uk) | Газорозрядна електронна гармата |