RU2446504C1 - Сильноточная электронная пушка - Google Patents
Сильноточная электронная пушка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2446504C1 RU2446504C1 RU2010132621/07A RU2010132621A RU2446504C1 RU 2446504 C1 RU2446504 C1 RU 2446504C1 RU 2010132621/07 A RU2010132621/07 A RU 2010132621/07A RU 2010132621 A RU2010132621 A RU 2010132621A RU 2446504 C1 RU2446504 C1 RU 2446504C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic field
- section
- collector
- electron
- cross
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
- Microwave Tubes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технике генерирования сильноточных электронных пучков и может быть использовано для создания импульсных сильноточных электронных ускорителей, а также для поверхностной обработки материалов и изделий этими пучками. Технический результат - повышение производительности процесса электронно-пучковой обработки изделий при сохранении ее однородности за счет преобразования формы поперечного сечения сильноточного электронного пучка из круглой в прямоугольную. Сильноточная электронная пушка, размещенная во внешнем ведущем магнитном поле, содержит аксиально-симметричные взрывоэмиссионный катод, плазменный анод, коллектор и трубчатый металлический корпус, электрически соединенный с коллектором и являющийся обратным токопроводом. Для управления формой поперечного сечения сильноточного электронного пучка выходная часть обратного токопровода выполнена аксиально несимметричной, при этом расстояния между краем пучка и ближайшими поверхностями данной части обратного токопровода не превышают диаметра пучка, а напряженность ведущего магнитного поля сравнима по порядку величины с напряженностью собственного магнитного поля пучка. В экспериментах удалось осуществить преобразование пучка круглого сечения в пучок с сечением, близким к прямоугольному и квадратному. Эксперименты показали, что преобразование формы пучка можно осуществить на сравнительно коротком (несколько см) заключительном участке канала транспортировки. 3 ил.
Description
Изобретение относится к технике генерирования импульсных сильноточных электронных пучков (СЭП) и может быть использовано для создания сильноточных электронных ускорителей, а также для поверхностной обработки материалов и изделий этими пучками.
Известна сильноточная электронная пушка [1], содержащая аксиально-симметричные взрывоэмиссионный катод, плазменный анод на основе отражательного разряда (ОР) типа Пеннинга, коллектор и металлический корпус, электрически соединенный с коллектором и выполняющий функцию обратного токопровода. Анодная плазма, генерируемая в ОР, предварительно заполняет пространство между катодом и коллектором. При последующей подаче импульса ускоряющего напряжения на катод электрическое поле сосредотачивается в прикатодном слое объемного заряда ионов анодной плазмы. На катоде происходит возбуждение взрывной эмиссии с образованием множества сгустков плотной катодной плазмы - эмиттера электронов. После этого приложенное напряжение практически полностью сосредотачивается в двойном электрическом слое между катодной и анодной плазмами, в котором происходит ускорение и формирование электронного пучка. Ускоренный в двойном слое пучок транспортируется в анодной плазме до коллектора в условиях практически полной зарядовой нейтрализации. Ток пучка на коллектор «стекает» во внешнюю цепь через обратный токопровод, которым является металлический корпус пушки, как правило, представляющий собой трубу. Наличие анодной плазмы существенно увеличивает первеанс электронного потока по сравнению с потоком в вакуумном канале той же протяженности, что обеспечивает формирование и транспортировку СЭП даже при относительно низких значениях ускоряющего напряжения (десятки кВ). При высоких ускоряющих напряжениях (порядка 100 кВ и более) возможно формирование СЭП и в вакууме, в этом случае анодом служит металлическая сетка или фольга. Для предотвращения линчевания пучка либо его рассыпания на стенки металлического корпуса пушки (трубы дрейфа) его формирование и транспортировка осуществляются в продольном (ведущем) магнитном поле, создаваемом соленоидом.
Недостатком данной электронной пушки является форма получаемого электронного пучка, неизменно круглая в поперечном сечении, которая нерациональна при обработке крупногабаритных изделий, когда необходимо сканировать электронный пучок по их поверхности. При этом сканирование осуществляется путем перемещения изделия в паузе между импульсами пучка. Для однородной обработки поверхности пучком круглого сечения необходимо использовать малый шаг сканирования (примерно на порядок меньше диаметра пучка), что существенно снижает производительность процесса обработки. Пучок прямоугольного (квазипрямоугольного) сечения позволил бы резко увеличить шаг сканирования и, следовательно, производительность процесса. В то же время с точки зрения формирования пучка и из конструктивных соображений удобнее аксиально-симметричные электронные пушки. Таким образом, трансформация пучка из круглого в квазипрямоугольный в канале транспортировки позволила бы оптимально сочетать удобство формирования пучка с эффективностью обработки крупногабаритных изделий. При необходимости возможны и другие формы поперечного сечения пучка.
Задача, решаемая изобретением, - повышение производительности процесса электронно-пучковой обработки изделий при сохранении однородности.
Техническим результатом заявляемого изобретения является преобразование формы поперечного сечения сильноточного электронного пучка из круглой в квазипрямоугольную.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной сильноточной электронной пушке, размещенной во внешнем ведущем магнитном поле и содержащей аксиально-симметричные взрывоэмиссионный катод, плазменный анод, коллектор и трубчатый металлический корпус, электрически соединенный с коллектором и являющийся обратным токопроводом, согласно изобретению для управления формой поперечного сечения сильноточного электронного пучка выходная часть обратного токопровода выполнена аксиально-несимметричной, при этом расстояния между краем пучка и ближайшими частями обратного токопровода не превышают диаметра пучка, а напряженность ведущего магнитного поля сравнима по порядку величины с напряженностью собственного магнитного поля пучка.
На участке канала транспортировки, где обратным токопроводом является труба, результирующая сила Ампера, создаваемая током, протекающим по ней (обратным током), внутри объема, охваченного трубой, равна нулю. Поэтому пучок сохраняет свою форму, заданную в области формирования, фактически воспроизводит форму поперечного сечения катода. На выходном этапе же транспортировки электронного пучка соответствующая часть обратного трубопровода не обладает аксиальной симметрией и результирующая сила Ампера уже не равна нулю. Сила Ампера токов, протекающих по выходному отрезку трубопровода, стремясь оттолкнуть электронный пучок, деформирует его. Такая деформация пучка возможна, если напряженность собственного магнитного поля пучка сравнима по величине с напряженностью внешнего ведущего магнитного поля и расстояния между краем пучка и ближайшими частями обратного токопровода не превышают диаметра пучка.
Пример 1
На Фиг.1 приведена принципиальная схема сильноточной электронной пушки, в которой реализовано управление формой поперечного сечения пучка. Пушка включает в себя взрывоэмиссионный катод 1, кольцевой анод отражательного разряда 2, закрепленный на металлокерамическом вводе 3, коллектор 4. Корпус электронной пушки 5 представляет собой трубу из нержавеющей стали внутренним диаметром 20.6 см. Пушка пристыкована к вакуумной камере диаметром 40 см и глубиной 42 см. На выходном торце трубы крепится кольцевая диафрагма 6 с отверстием 12 см, к которой через две или четыре плоские медные шины 7 шириной от 3.5 см до 9 см присоединяется коллектор пучка 4. Длина шин составляет 4 см. Расстояние между противоположными шинами L варьировалось от 9,2 до 15,2 см, располагались они на равном удалении от оси системы. Система данных шин и представляет собой участок обратного токопровода, обеспечивающего трансформацию пучка. Диаметр эмитирующей части катода был равен внутреннему диаметру кольцевого анода и составляет 8,5 см. Амплитуда ускоряющего напряжения составляла 20-30 кВ, амплитуда тока пучка 10-20 кА, длительность импульса 2,7-3,5 мкс, плотность энергии пучка на мишени - до 8 Дж/см2, индукция внешнего ведущего магнитного поля, создаваемого секционированным соленоидом, составляла 0,17 Тл. Форма поперечного сечения пучка изучалась по его автографам на пластинах из нержавеющей стали размерами 15×15 см и 22×22 см. Автографы пучка представляли собой области оплавления поверхности пластин.
Электронный пучок формируется в двойном слое 8 между взрывоэмиссионной катодной плазмой 9 и плазменным анодом 10, создаваемым с помощью сильноточного отражательного разряда в аргоне при давлении 0,04-0,07 Па, и транспортируется к коллектору во внешнем ведущем магнитном поле, создаваемом секционированным соленоидом 11. Столб анодной плазмы фактически представляет собой канал транспортировки пучка. Концентрация анодной плазмы
(na≈(3-5)×1012 см-3) примерно на порядок превосходит концентрацию электронов пучка, что обеспечивает его зарядовую нейтрализацию. На участке канала транспортировки, где обратным токопроводом является труба, результирующая сила Ампера, создаваемая током, протекающим по ней (обратным током), внутри объема, охваченного трубой, равна нулю. Поэтому пучок сохраняет свою форму, заданную в области формирования, фактически воспроизводит форму поперечного сечения катода. На выходном участке токопровода, созданном плоскими шинами и не обладающем аксиальной симметрией, результирующая сила Ампера уже не равна нулю. Сила Ампера токов, протекающих по шинам, стремясь оттолкнуть электронный пучок, деформирует его, и пучок из круглого становится квазипрямоугольным.
На Фиг.2 приведены автографы пучка, полученные для различных конфигураций обратного токопровода: (а) - осесимметричной (цилиндрической), (б) - две шины шириной 9 см, (в) - четыре шины шириной 9 см. Расстояние между противоположными шинами составляло 15,2 см. Видно, что в случае двух шин форма поперечного сечения пучка близка к прямоугольной, а в случае четырех шин - к квадратной.
Пример 2
Кроме экспериментов были проделаны численные расчеты траекторий электронов пучка для геометрий, соответствующих условиям эксперимента, с помощью пакетов программ MATLAB и COMSOL Multiphysics. Расчеты выполнялись в приближении полной зарядовой нейтрализации, что также соответствует условиям эксперимента. На Фиг.3 жирными точками показаны проекции траекторий краевых электронов пучка на мишень, из которых также видно преобразование формы пучка, согласующееся с экспериментальными результатами.
Из Примеров 1 и 2 видно, что преобразование формы пучка может быть осуществлено на сравнительно коротком (несколько см) заключительном участке канала транспортировки.
Источник информации
1. Озур Г.Е., Оке Е.М., Проскуровский Д.И. Способ формирования электронных пучков с помощью взрывоэмиссионной электронной пушки. // Патент РФ (19) RU (11) 1706329 H01J 3/02. Заявл. 09.01.89. - БИ №10. - 1994. - С.203.
Claims (1)
- Сильноточная электронная пушка, размещенная во внешнем ведущем магнитном поле и содержащая аксиально-симметричные взрывоэмиссионный катод, плазменный анод, коллектор и трубчатый металлический корпус, электрически соединенный с коллектором и являющийся обратным токопроводом, отличающаяся тем, что для управления формой поперечного сечения сильноточного электронного пучка выходная часть обратного токопровода выполнена аксиально несимметричной, при этом расстояния между краем пучка и ближайшими поверхностями данной части обратного токопровода не превышают диаметра пучка, а напряженность ведущего магнитного поля сравнима по порядку величины с напряженностью собственного магнитного поля пучка.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010132621/07A RU2446504C1 (ru) | 2010-08-03 | 2010-08-03 | Сильноточная электронная пушка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010132621/07A RU2446504C1 (ru) | 2010-08-03 | 2010-08-03 | Сильноточная электронная пушка |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010132621A RU2010132621A (ru) | 2012-02-10 |
RU2446504C1 true RU2446504C1 (ru) | 2012-03-27 |
Family
ID=45853233
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010132621/07A RU2446504C1 (ru) | 2010-08-03 | 2010-08-03 | Сильноточная электронная пушка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2446504C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102936714A (zh) * | 2012-12-03 | 2013-02-20 | 哈尔滨工业大学 | 基于大面积强流脉冲电子束复合处理制备硬质碳化物陶瓷涂层的装置及其制备方法 |
RU2538386C1 (ru) * | 2013-08-07 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук, (ИСЭ СО РАН) | Вакуумный диод |
RU2688190C1 (ru) * | 2018-01-10 | 2019-05-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук, (ИСЭ СО РАН) | Устройство для поверхностной обработки массивных металлических изделий |
RU2760980C1 (ru) * | 2021-04-13 | 2021-12-02 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Взрывоэмиссионный катод электронной пушки |
RU213253U1 (ru) * | 2022-02-14 | 2022-08-31 | Частное Учреждение По Обеспечению Научного Развития Атомной Отрасли "Наука И Инновации" (Частное Учреждение "Наука И Инновации") | Катод магнетронной электронной пушки |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0381912B1 (de) * | 1989-02-09 | 1994-03-09 | Balzers Aktiengesellschaft | Verfahren zum Zentrieren eines Elektronenstrahles |
JP2000090866A (ja) * | 1998-09-17 | 2000-03-31 | Toshiba Corp | 電子銃、電子銃による電子ビーム発生方法及び電子銃を用いた露光装置 |
RU2237942C1 (ru) * | 2003-03-24 | 2004-10-10 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Сильноточная электронная пушка |
JP2005276520A (ja) * | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Prazmatec:Kk | 電子銃 |
RU2313848C1 (ru) * | 2006-04-19 | 2007-12-27 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Сильноточная электронная пушка |
-
2010
- 2010-08-03 RU RU2010132621/07A patent/RU2446504C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0381912B1 (de) * | 1989-02-09 | 1994-03-09 | Balzers Aktiengesellschaft | Verfahren zum Zentrieren eines Elektronenstrahles |
JP2000090866A (ja) * | 1998-09-17 | 2000-03-31 | Toshiba Corp | 電子銃、電子銃による電子ビーム発生方法及び電子銃を用いた露光装置 |
RU2237942C1 (ru) * | 2003-03-24 | 2004-10-10 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Сильноточная электронная пушка |
JP2005276520A (ja) * | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Prazmatec:Kk | 電子銃 |
RU2313848C1 (ru) * | 2006-04-19 | 2007-12-27 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Сильноточная электронная пушка |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102936714A (zh) * | 2012-12-03 | 2013-02-20 | 哈尔滨工业大学 | 基于大面积强流脉冲电子束复合处理制备硬质碳化物陶瓷涂层的装置及其制备方法 |
CN102936714B (zh) * | 2012-12-03 | 2014-06-11 | 哈尔滨工业大学 | 基于大面积强流脉冲电子束复合处理制备硬质碳化物陶瓷涂层的装置及其制备方法 |
RU2538386C1 (ru) * | 2013-08-07 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук, (ИСЭ СО РАН) | Вакуумный диод |
RU2688190C1 (ru) * | 2018-01-10 | 2019-05-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук, (ИСЭ СО РАН) | Устройство для поверхностной обработки массивных металлических изделий |
RU2760980C1 (ru) * | 2021-04-13 | 2021-12-02 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Взрывоэмиссионный катод электронной пушки |
RU213253U1 (ru) * | 2022-02-14 | 2022-08-31 | Частное Учреждение По Обеспечению Научного Развития Атомной Отрасли "Наука И Инновации" (Частное Учреждение "Наука И Инновации") | Катод магнетронной электронной пушки |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010132621A (ru) | 2012-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Oks et al. | Development of plasma cathode electron guns | |
RU2446504C1 (ru) | Сильноточная электронная пушка | |
WO2009123593A1 (en) | Hollow beam electron gun for use in a klystron | |
Devyatkov et al. | Plasma grid cathodes based on a constricted arc discharge for generating a pulsed intense low-energy electron beam in a plasma-filled diode with a longitudinal magnetic field | |
Haworth et al. | Improved electrostatic design for MILO cathodes | |
RU2313848C1 (ru) | Сильноточная электронная пушка | |
US3700945A (en) | High power pulsed electron beam | |
CN107507749B (zh) | 一种等离子体阴极电子枪 | |
RU107657U1 (ru) | Форвакуумный плазменный электронный источник | |
Gushenets et al. | Effect of the enhanced breakdown strength in plasma-filled optical system of electron beam formation | |
Ryabchikov et al. | Formation of high-intensity axially symmetric and ribbon beams of low-energy metal ions | |
CN104332373B (zh) | 一种产生圆柱形多注强流相对论电子束的冷阴极 | |
RU2237942C1 (ru) | Сильноточная электронная пушка | |
CN107633986B (zh) | 一种产生电子束的方法 | |
Bugaev et al. | Enhanced electric breakdown strength in an electron-optical system | |
RU121813U1 (ru) | Устройство для модифицирования поверхности твердого тела | |
Riege | New ways of electron emission for power switching and electron beam generation | |
RU2697186C1 (ru) | Сильноточный источник ионов на основе плотной плазмы ЭЦР разряда, удерживаемой в открытой магнитной ловушке | |
US11600473B2 (en) | Ion source with biased extraction plate | |
Abdullin et al. | Microsecond electron beam source with electron energy up to 400 keV and plasma anode | |
Kumar et al. | Experimental Investigation of Pseudospark generated electron beam | |
Riege | New ways of electron emission for power switching and electron beam generation | |
Gushenets et al. | Low energy electron beam transport with a space charge lens | |
Unadkat et al. | Analysis of Pseudospark-Driven Electron Beam Generation and Its Propagation Inside High-Power THz BWO | |
RU2580513C1 (ru) | Импульсный источник трубчатой плазмы с управляемым радиусом в магнитном поле |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200804 |