RU2619767C2 - Amplifier hub of electron beam with electron membrane - Google Patents

Amplifier hub of electron beam with electron membrane Download PDF

Info

Publication number
RU2619767C2
RU2619767C2 RU2015146935A RU2015146935A RU2619767C2 RU 2619767 C2 RU2619767 C2 RU 2619767C2 RU 2015146935 A RU2015146935 A RU 2015146935A RU 2015146935 A RU2015146935 A RU 2015146935A RU 2619767 C2 RU2619767 C2 RU 2619767C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electron
temperature
electrons
layer
axial
Prior art date
Application number
RU2015146935A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015146935A (en
Inventor
Иван Васильевич Трифанов
Богдан Николаевич Казьмин
Владимир Иванович Трифанов
Людмила Ивановна Оборина
Дмитрий Ринатович Рыжов
Марина Викторовна Савельева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ)
Priority to RU2015146935A priority Critical patent/RU2619767C2/en
Publication of RU2015146935A publication Critical patent/RU2015146935A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2619767C2 publication Critical patent/RU2619767C2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems

Landscapes

  • Electron Beam Exposure (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: amplifier hub of the electron beam (AHE) comprises a body (1) with an internal axial tapering cavity, having a frusto-conical form, on the surface of which a silicon lattice (2) is applied with a top diamond layer (3). A multilayer electron membrane is installed in the larger hole of the axial cavity, the basis of which is a dynamically stable high-temperature tungsten plate (4) having a complex shape: the external high-temperature surface is flat, and the internal low-temperature surface has a concave hemispherical shape to focus the electrons in the beam. The plate (4) is made of an alloy with a porosity of 85% and a pore diameter of 10-3-10-4 mcm. The external high-temperature tungsten plate surface (4) has a layer of nanocomposite graphene (5) with nanopores (11), and the internal low temperature one - a layer of aluminium oxide (7) with nanopores (8). The body is provided with the axial anodes (12), (13) mounted at the side of the internal and the external openings and serving to feed the accelerating potentials, providing, respectively, electric electron withdrawal from the plasma flow and to control the energy of electrons and their concentration in the beam, being part of the AHE, and to control the concentration, current power and energy of the electron beam emerging from the AHE.
EFFECT: providing the thermal and dynamic stability, improving the efficiency and conversion performance coefficient of the plasma flow energy in electrical power.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и электронной техники, а именно, к устройствам, разделяющим поток плазмы, и может быть использовано для выделения пучков электронов из плазмы рабочей среды, создания электрических генераторов на основе энергии электронных пучков, электрореактивных двигателей, электронно-лучевых и ионно-лучевых приборов.The invention relates to the field of electrical and electronic engineering, in particular, to devices that separate the plasma stream, and can be used to separate electron beams from the plasma of the working medium, to create electric generators based on the energy of electron beams, electric jet engines, electron beam and ion radiation devices.

Для выделения потока электронов из потока плазмы рабочей среды применяют электронные мембраны. Известны мембраны из оксида алюминия толщиной 5-10 нм с размером пор менее 0,1 нм, которые под действием ускоряющего электрического поля свободно пропускают через нанопоры электроны и задерживают тяжелые крупные частицы (анионы, катионы, радикалы, нейтральные частицы - атомы и молекулы рабочей среды) (см. журнал США Advanced Materials (Highly Sensitive, Mechanically Stabe Nnopor Sensors for DNa) / - 2011). Тонкие мембраны из оксида алюминия обладают большим КПД при прохождении через них электронов под действием электрического поля.To separate the electron stream from the plasma stream of the working medium, electronic membranes are used. Known alumina membranes with a thickness of 5-10 nm with a pore size of less than 0.1 nm, which under the action of an accelerating electric field freely pass electrons through nanopores and trap heavy large particles (anions, cations, radicals, neutral particles - atoms and molecules of the working medium ) (see U.S. Journal of Advanced Materials (Highly Sensitive, Mechanically Stabe Nnopor Sensors for DNa) / - 2011). Thin alumina membranes have a high efficiency when electrons pass through them under the influence of an electric field.

Мембраны могут быть изготовлены селективным травлением и окислением алюминиевой фольги до оксида алюминия (патент РФ №2350380, МПК B01D 67/00 // Способ получения пористых мембран на основе алюминия / Клименко Г.Л., Старков В.Д., Фирсов А.А.).Membranes can be made by selective etching and oxidation of aluminum foil to aluminum oxide (RF patent No. 2350380, IPC B01D 67/00 // Method for producing porous membranes based on aluminum / Klimenko G.L., Starkov V.D., Firsov A.A. .).

К недостаткам мембран из оксида алюминия можно отнести невысокую температуру плавления - 2044°С, что делает невозможным их применение для получения пучков электронов из плазмы более высокой температуры. Кроме того, тонкие мембраны из оксида алюминия имеют малую прочность и не способны выдерживать динамические нагрузки, связанные с движущимся потоком плазмы. Эти недостатки существенно сужают область применения мембран из оксида алюминия.The disadvantages of alumina membranes include a low melting point of 2044 ° C, which makes it impossible to use them to obtain electron beams from higher temperature plasma. In addition, thin alumina membranes have low strength and are not able to withstand dynamic loads associated with a moving plasma stream. These disadvantages significantly narrow the scope of alumina membranes.

Известна микропористая мембрана, выполненная из микропористого вольфрама с пористостью до 85%, диаметром пор порядка 10-3-10-4 мкм (патент РФ №2444418, опубл. 10.03.2012, МПК B22F 3/12, C22C 1/08, C22C 27/04 // Способ изготовления спеченных пористых изделий из псевдосплава на основе вольфрама / Белов В.Ю., Баранов Г.В., Качалин Н.И. и др). Мембрана изготовлена из композиционного вольфрамового псевдосплава W-Ni-Fe и обладает высокой термостойкостью и прочностью, но имеет большой диаметр микропор, через которые проходят не только электроны, но и крупные частицы плазмы рабочей среды.Known microporous membrane made of microporous tungsten with porosity up to 85%, pore diameter of the order of 10 -3 -10 -4 microns (RF patent No. 2444418, publ. 10.03.2012, IPC B22F 3/12, C22C 1/08, C22C 27 / 04 // A method of manufacturing sintered porous pseudo-alloy products based on tungsten / Belov V.Yu., Baranov G.V., Kachalin N.I. and others). The membrane is made of a composite tungsten pseudo-alloy W-Ni-Fe and has high heat resistance and strength, but has a large micropore diameter through which not only electrons pass, but also large particles of the working medium plasma.

Известна многослойная композитная графеновая нанопленка толщиной 5-20 мкм, выполненная, например, путем нанесения слоя графена на слой нитрида бора с образованием наногексагональной кристаллической решетки (http:www.russiandectronics.ru. Графен в электронике сегодня и завтра), обеспечивающей свободное прохождение через мембрану электронов, под воздействием электрического поля при разделении потока плазмы на поток электронов и поток катионов. Такая графеновая пленка может работать в условиях высоких температур (до 3700°С), воздействия ускоряющего электрического поля, больших динамических нагрузок.Known multilayer composite graphene nanofilms with a thickness of 5-20 μm, made, for example, by applying a layer of graphene to a layer of boron nitride with the formation of a nanohexagonal crystal lattice ( http: www.russiandectronics.ru . Graphene in electronics today and tomorrow), providing free passage through the membrane electrons, under the influence of an electric field when the plasma stream is divided into a stream of electrons and a stream of cations. Such a graphene film can work under conditions of high temperatures (up to 3700 ° C), exposure to an accelerating electric field, and large dynamic loads.

Низкотемпературная плазма продуктов сгорания топлива имеет малую степень ионизации рабочей среды, что не позволяет получать электронные пучки с высокой концентрацией электронов и большой энергией электронов в пучках.The low-temperature plasma of the fuel combustion products has a small degree of ionization of the working medium, which does not allow obtaining electron beams with a high electron concentration and high electron energy in the beams.

Увеличение концентрации электронов и усиление тока электронного пучка можно получать за счет вторичной эмиссии электронов алмазной мембраной под воздействием первичных электронов электронного пучка (см. Усиление потока электронов с помощью алмазной мембраны / Гаврилов С.А., Дзибановский Н.Н., Ильичев Э.А. и др. // Письма ЖТФ, 2004, Т.74, вып.1, с. 108-114).An increase in the electron concentration and an increase in the electron beam current can be obtained due to secondary electron emission by a diamond membrane under the influence of primary electrons of the electron beam (see Gavrilov S.A., Dzibanovsky N.N., Il'ichev E.A. . and others // Letters ZhTF, 2004, T.74, issue 1, p. 108-114).

Известен усилитель-концентратор электронного потока (УКЭ), усиливающий и концентрирующий пучок электронов. Усилитель-концентратор имеет корпус с внутренней осевой суживающейся полостью в виде усеченной пирамиды, на поверхность которой нанесена кремниевая решетка с верхним алмазным слоем. Усилитель-концентратор большим основанием осевой полости направлен в сторону потока плазмы. Поток первичных электронов, воздействуя на алмазный слой, вызывает вторичную эмиссию электронов. При помощи УКЭ возможно увеличение плотности тока в 30-40 раз (см. Усилитель электронного потока на кремниевых решетках, покрытых алмазной пленкой // Белоусов М.Э., Ильичев Э.А., Кулешов А.Е. и др. // НИИ физических проблем им. Ф.В. Лукина, М. 2011 // Письма ЖТФ, 2012, т.38, вып.6, с. 45-51). Данный УКЭ принят за прототип.Known amplifier-concentrator of electron flow (UKE), amplifying and concentrating a beam of electrons. The hub amplifier has a housing with an internal axial tapering cavity in the form of a truncated pyramid, on the surface of which a silicon grating with an upper diamond layer is applied. The amplifier-concentrator with the large base of the axial cavity is directed towards the plasma flow. The flow of primary electrons, acting on the diamond layer, causes secondary emission of electrons. Using UKE, it is possible to increase the current density by a factor of 30-40 (see. Electron flux amplifier on silicon gratings coated with a diamond film // Belousov M.E., Ilyichev E.A., Kuleshov A.E. et al. // Research Institute Physical Problems.F.V. Lukin, M. 2011 // Letters of ZhTF, 2012, vol. 38, issue 6, p. 45-51). This UKE is taken as a prototype.

Недостаток рассмотренного УКЭ заключается в том, что он может усиливать и концентрировать уже сформированный электронный пучок и не может эффективно отделять электроны от потока плазмы рабочей среды, например, от плазмы продуктов сгорания топлива, и образовывать из них электронные пучки, для преобразования их в электроэнергию.The disadvantage of the considered UKE is that it can amplify and concentrate an already generated electron beam and cannot effectively separate electrons from the plasma flow of the working medium, for example, from the plasma of fuel combustion products, and form electron beams from them to convert them into electricity.

Задачей изобретения является расширение области применения за счет увеличения диапазона температур и давлений в потоке плазмы рабочей среды, а также повышение КПД преобразования энергии потока плазмы в электрическую мощность.The objective of the invention is to expand the scope by increasing the range of temperatures and pressures in the plasma stream of the working medium, as well as increasing the efficiency of converting the energy of the plasma stream into electrical power.

Поставленная задача решена тем, что в известном усилителе-концентраторе пучка электронов, содержащем корпус с внутренней осевой полостью, на поверхность которой нанесена кремниевая решетка, покрытая алмазной пленкой, согласно изобретению, внутренняя полость имеет форму усеченного конуса, в большем входном отверстии которого установлена многослойная электронная мембрана, представляющая собой микропористую высокотемпературную и динамически устойчивую пластину, с диаметром пор 10-3-10-4 мкм, на наружную высокотемпературную поверхность которой, обращенную к потоку плазмы, нанесен слой нанопористого нанокомпозитного графена, а на внутреннюю низкотемпературную поверхность, имеющую полусферическую форму, обращенную к меньшему выходному отверстию корпуса, нанесен слой оксида алюминия с нанопорами 0,03-0,06 нм, причем корпус снабжен аксиальными анодами, установленными со стороны входного и выходного отверстий и служащими для подачи ускоряющего потенциала.The problem is solved in that in the known amplifier-concentrator of an electron beam containing a housing with an internal axial cavity, on the surface of which a silicon lattice coated with a diamond film is applied, according to the invention, the internal cavity has the shape of a truncated cone, in the larger inlet of which a multilayer electronic membrane, which is a microporous high-temperature and dynamically stable plate, with a pore diameter of 10 -3 -10 -4 microns, on the outer high-temperature surface which, facing the plasma flow, a layer of nanoporous nanocomposite graphene is deposited, and a layer of alumina with nanopores of 0.03-0.06 nm is deposited on the inner low-temperature surface, having a hemispherical shape facing the smaller outlet of the housing, the housing being provided with axial anodes installed on the inlet and outlet side and serving to supply accelerating potential.

Усилитель-концентратор пучка электронов с электронной мембраной представлен на схеме, приведенной на чертеже.The amplifier-concentrator of an electron beam with an electronic membrane is shown in the diagram shown in the drawing.

Усилитель-концентратор пучка электронов, содержит корпус 1, изготовленный из материала с низким температурным коэффициентом расширения, например сплава 32НКД. Внутри корпуса выполнена осевая суживающаяся полость, имеющая форму усеченного конуса, на поверхность которой нанесена кремниевая решетка 2 с верхним алмазным слоем 3 толщиной 2-10 мкм. Кремниевая решетка 2 выполнена из высоколегированного кремния p-типа.The amplifier-concentrator of the electron beam, contains a housing 1 made of a material with a low temperature coefficient of expansion, for example, 32NKD alloy. Inside the housing, an axial tapering cavity is made, having the shape of a truncated cone, on the surface of which a silicon grating 2 with an upper diamond layer 3 with a thickness of 2-10 μm is applied. The silicon lattice 2 is made of high-alloy p-type silicon.

В большем отверстии осевой полости установлена многослойная электронная мембрана, основой которой является динамически устойчивая высокотемпературная пластина 4, толщиной 3-4 мм, выполненная из микропористого материала, например, вольфрамового сплава пористостью до 85% и диаметром пор 6 до 10-3-10-4 мкм. Вольфрамовая пластина 4 имеет сложную форму: внешняя высокотемпературная поверхность выполнена плоской, а внутренняя низкотемпературная поверхность имеет вогнутую полусферическую форму для фокусирования электронов в пучок. Микропористая пластина из вольфрама хорошо пропускает поток электронов и обеспечивает прочность и жесткость многослойной мембране, она может быть выполнена методом спекания из псевдосплава вольфрама (патент РФ №2444418).A multilayer electronic membrane is installed in the larger hole of the axial cavity, the basis of which is a dynamically stable high-temperature plate 4, 3-4 mm thick, made of microporous material, for example, a tungsten alloy with a porosity of up to 85% and a pore diameter of 6 to 10 -3 -10 -4 microns. The tungsten plate 4 has a complex shape: the external high-temperature surface is flat, and the internal low-temperature surface has a concave hemispherical shape for focusing electrons into the beam. A microporous tungsten plate transmits electron flow well and provides strength and rigidity to a multilayer membrane; it can be made by sintering from a tungsten pseudo-alloy (RF patent No. 2444418).

На внешнюю высокотемпературную поверхность вольфрамовой пластины 4 нанесен слой из нанокомпозитного графена 5 с нанопорами 11, а на внутреннюю низкотемпературную - слой из оксида алюминия 7 с нанопорами 8.A layer of nanocomposite graphene 5 with nanopores 11 is deposited on the external high-temperature surface of the tungsten plate 4, and a layer of aluminum oxide 7 with nanopores 8 is applied on the inner low-temperature surface.

Слой из композитного графена 5 выполнен в виде нанотрубок длиной 10-20 нм и диаметром канала 0,1…0,2 нм с числом графеновых слоев 4-5, между которыми расположены слои, например, нитрида бора (mailto: см. Yalex67@mail.com - Технические переводы с английского и французского. Суперконденсаторы. Применение с. 4), или может быть выполнен с созданием наногексагонального рисунка кристаллической решетки и требуемой структуры наномембраны, позволяющих улучшить прохождение электронов (http://www.russiandectronics.ru, Графен в электронике сегодня и завтра). Коэффициент пропускания электронов и задержания крупных частиц (анионов, катионов, радикалов, нейтральных атомов и молекул) зависит от размера гексагонального рисунка.The layer of composite graphene 5 is made in the form of nanotubes 10-20 nm long and a channel diameter of 0.1 ... 0.2 nm with the number of graphene layers 4-5, between which are layers, for example, boron nitride (mailto: see Yalex67 @ mail .com - Technical translations from English and French. Supercapacitors. Application p. 4), or can be performed with the creation of a nanohexagonal pattern of the crystal lattice and the required structure of the nanomembrane, which can improve the transmission of electrons (http://www.russiandectronics.ru, Graphene in electronics today and tomorrow). The transmission coefficient of electrons and the confinement of large particles (anions, cations, radicals, neutral atoms and molecules) depends on the size of the hexagonal pattern.

Слой 7 из оксида алюминия выполнен толщиной 5-20 мкм, с нанопорами 8 размером 0,03-0,06 нм. Слой оксида алюминия имеет более мелкие поры, и при нанесении его на микропористую вольфрамовую пластину 4 происходит частичное закупоривание пор 6 вольфрамовой пластины до размера менее 0,1 нм,Layer 7 of aluminum oxide is made with a thickness of 5-20 μm, with nanopores 8 of 0.03-0.06 nm in size. The alumina layer has smaller pores, and when applied to the microporous tungsten plate 4, the pores 6 of the tungsten plate are partially clogged to a size of less than 0.1 nm,

Известно, чем тоньше слой 7 из оксида алюминия, тем лучше обеспечивается прохождение через него электронов под воздействием электрического поля.It is known that the thinner the alumina layer 7, the better the passage of electrons through it under the influence of an electric field.

УКЭ снабжен аксиальными анодами 12 и 13, установленными на корпусе, со стороны, соответственно, входного и выходного отверстий (по ходу перемещения электронного пучка в осевой полости УКЭ). Аксиальный анод 12 предназначен для создания ускоряющего потенциала, обеспечивающего электрический вывод (электрическое отсасывание) электронов из потока плазмы. Регулированием напряжения на аксиальном аноде 12 можно управлять энергией электронов и их концентрацией в пучке, входящем в УКЭ. Анод-электрод 13 создает ускоряющий потенциал на выходе УКЭ. Путем регулирования ускоряющего напряжения на электроде 13, можно управлять концентрацией, силой тока и энергией электронов пучка, выходящего из УКЭ.The UKE is equipped with axial anodes 12 and 13 mounted on the housing, from the side of the inlet and outlet holes, respectively (along the movement of the electron beam in the axial cavity of the UKE). Axial anode 12 is designed to create an accelerating potential that provides electrical output (electrical suction) of electrons from the plasma stream. By controlling the voltage at the axial anode 12, it is possible to control the energy of electrons and their concentration in the beam included in the UKE. The anode electrode 13 creates an accelerating potential at the output of the UKE. By adjusting the accelerating voltage at the electrode 13, it is possible to control the concentration, current strength and energy of the electrons of the beam emerging from the UKE.

УКЭ работает следующим образом. Корпус 1 УКЭ через изолятор 9 герметично крепится к стенке 10 камеры сгорания топлива (или канала плазмы рабочей среды) для устранения затекания в УКЭ внешней среды, рассеивающей электронные пучки, а также для обеспечения жесткости конструкции.UKE works as follows. The housing 1 of the UKE through the insulator 9 is hermetically attached to the wall 10 of the fuel combustion chamber (or the plasma channel of the working medium) to eliminate leakage in the UKE of the external medium scattering electron beams, as well as to ensure structural rigidity.

Под действием положительного потенциала аксиального анода 12, электроны выводятся из потока продуктов сгорания топлива (потока плазмы рабочей среды) и направляются в многослойную мембрану. Вначале электроны попадают в нанокомпозитный графеновый слой 5, свободно проходят его, при этом катионы потока плазмы рабочей среды отталкиваются от графенового слоя 5 электрическим полем аксиального анода 12. Далее электроны, имеющие размер 2-3⋅10-15 м, на 4-5 порядков меньший размера пор 6 (менее 0,1 нм), свободно проходят через вольфрамовую пластину 4 и слой 7 оксида алюминия, при этом тяжелые частицы: анионы, катионы и нейтральные частицы, обладающие размером 2…3⋅10-10 м, пройти не могут. Регулированием напряжения анода 12 можно управлять электроэнергетическими параметрами входящих в УКЭ электронных пучков. Полусферический профиль внутреннего слоя из оксида алюминия 7 фокусирует электроны в пучок. В результате этого происходит разделение потока плазмы на поток электронов и поток положительно заряженных массивных частиц.Under the action of the positive potential of the axial anode 12, the electrons are removed from the flow of fuel combustion products (plasma flow of the working medium) and sent to the multilayer membrane. First, the electrons enter the nanocomposite graphene layer 5, freely pass it, while the cations of the plasma flow of the working medium are repelled from the graphene layer 5 by the electric field of the axial anode 12. Further, the electrons having a size of 2-3⋅10 -15 m, by 4-5 orders of magnitude smaller pores 6 (less than 0.1 nm) pass freely through tungsten plate 4 and layer 7 of aluminum oxide, while heavy particles: anions, cations and neutral particles with a size of 2 ... 3 …10 -10 m cannot . By regulating the voltage of the anode 12, it is possible to control the electric power parameters of the electron beams included in the UKE. The hemispherical profile of the inner layer of aluminum oxide 7 focuses the electrons into the beam. As a result of this, the plasma stream is divided into a stream of electrons and a stream of positively charged massive particles.

Затем, за счет алмазного слоя 3, нанесенного на кремниевую решетку 2, обладающего отрицательным сродством к электронам, под действием первичных электронов электронного пучка происходит вторичная эмиссия электронов и увеличение плотности электронного потока в 30-40 раз при энергии первичных электронов 1,5…2 кеВ (см. Усиление потока электронов с помощью алмазной мембраны / Гаврилов С.А., Дзибановский Н.Н., Ильичев Э.А.и др. // Письма ЖТФ, 2004, т.74, вып.1, с. 108-114). Этому также способствуют суживающаяся по ходу электронного пучка осевая полость в форме усеченного конуса, полусферическая форма выходной поверхности многослойной мембраны и действие ускоряющего напряжения, создаваемого анодом-электродом 13, увеличивающим скорость потока электронов. В УКЭ происходит усиление электронного тока и концентрация электронов в пучке. Регулированием напряжения аксиального анода 13 можно управлять электроэнергетическими параметрами электронных пучков, выходящих из УКЭ. Далее электроны проходят в канал ловушки 14, где происходит преобразование энергии электронного пучка в электрическую энергию, например, по технологии (см. патент РФ №2117398 опубл. 10.08.1998. // Способ передачи энергии в вакууме / Аликаев В.В., Егоров А.Н., Латышев Л.А. и др.).Then, due to the diamond layer 3 deposited on the silicon lattice 2, which has a negative electron affinity, secondary electron emission and an increase in the electron flux density by 30–40 times at a primary electron energy of 1.5 ... 2 keV occur under the action of the primary electrons of the electron beam (see. Electron flux enhancement using a diamond membrane / Gavrilov S.A., Dzibanovsky N.N., Ilyichev E.A. et al. // Letters of ZhTF, 2004, v. 74, issue 1, p. 108- 114). This also contributes to the axial cavity narrowing along the electron beam in the form of a truncated cone, the hemispherical shape of the exit surface of the multilayer membrane and the action of the accelerating voltage generated by the anode electrode 13, which increases the electron flow rate. In the UKE, the electron current is amplified and the electron concentration in the beam. By controlling the voltage of the axial anode 13, it is possible to control the electric power parameters of the electron beams emerging from the UKE. Then, the electrons pass into the trap channel 14, where the electron beam energy is converted into electrical energy, for example, using technology (see RF patent No. 2117398 publ. 08/10/1998. // Method of energy transfer in vacuum / Alikaev VV, Egorov A.N., Latyshev L.A. et al.).

Электроны под действием ускоряющего напряжения 2-3 кВ аксиальных анодов 12 и 13 обретают скорость порядка 107 м/с, входят в УКЭ практически ортогонально сечению нанопор слоя графена 5 и свободно их проходят. Тяжелые частицы, имеющие массу, в тысячи раз большую, чем электроны, движущиеся по траектории радиусом в 103-104 раз большей, чем электроны, пролетают со скоростью газового потока продуктов сгорания, порядка 104 м/с, над порами многослойной мембраны по касательной, поэтому не забивают ее поры, не снижают пропускную способность для электронов.Electrons under the action of an accelerating voltage of 2-3 kV of axial anodes 12 and 13 acquire a velocity of the order of 10 7 m / s, enter the UKE almost orthogonally to the cross section of the nanopores of graphene layer 5 and pass them freely. Heavy particles having a mass thousands of times larger than electrons moving along a trajectory with a radius of 10 3 -10 4 times greater than electrons fly with a gas flow rate of combustion products of the order of 10 4 m / s over the pores of a multilayer membrane along tangent, therefore, do not clog its pores, do not reduce the bandwidth for electrons.

Силу электронного тока в канале ловушки 14 можно увеличить в 40…100 раз при ускоряющем напряжении аксиального анода 13 порядка 2-3 кВ (см. Усилитель электронного потока на кремниевых решетках, покрытых алмазной пленкой // Белоусов М.Э., Ильичев Э.А., Кулешов А.Е. и др. // НИИ физических проблем им. Ф.В. Лукина, М. 2011 // Письма ЖТФ, 2012, т. 38, вып. 6, с. 45-51).The electron current strength in the trap channel 14 can be increased 40 ... 100 times with the accelerating voltage of the axial anode 13 of the order of 2-3 kV (see. Electron flux amplifier on silicon gratings coated with a diamond film // Belousov M.E., Il'ichev E.A. ., Kuleshov A.E. et al. // Scientific Research Institute of Physical Problems named after F.V. Lukin, M. 2011 // Letters of ZhTF, 2012, v. 38, issue 6, p. 45-51).

Таким образом, УКЭ с многослойной электронной мембраной, выполненной на микропористой вольфрамовой пластине, с высокотемпературной стороны покрытой нанокомпозитным слоем графена 5, с низкотемпературной, имеющей поверхность полусферической формы - нанослоем оксида алюминия, обеспечивает температурную и динамическую устойчивость, повышение эффективности и КПД за счет электрического отсасывания электронов, рационального выбора ее толщины, размеров пор, а также дает возможность управлять электроэнергетическими параметрами получаемых электронных пучков, что способствует повышению КПД преобразования энергии потока плазмы в электрическую мощность.Thus, a UKE with a multilayer electron membrane made on a microporous tungsten plate, coated on the high-temperature side with a nanocomposite graphene layer 5, with a low-temperature, hemispherical surface - an alumina nanolayer, provides temperature and dynamic stability, increasing efficiency and efficiency due to electric suction electrons, a rational choice of its thickness, pore size, and also makes it possible to control the electric power parameters obtained electron beams, which increases the efficiency of converting the energy of the plasma flow into electrical power.

Заявленный УКЭ работоспособен при высокой температуре: графеновая нанопленка способна работать в потоке плазмы до температуры 3700°C, пористая вольфрамовая пластина - до температуры 3400°C, алмазная пленка УКЭ - до температуры 3000°C. Кроме того, УКЭ выдерживает динамические нагрузки до 3⋅107 Па и обеспечивает эффективный отбор электронов под действием электрического поля, из потока плазмы рабочей среды, например, в камере сгорания или магнитном сепараторе.The claimed UKE is efficient at high temperatures: a graphene nanofilm is capable of operating in a plasma stream up to a temperature of 3700 ° C, a porous tungsten plate up to a temperature of 3400 ° C, a diamond UKE film up to a temperature of 3000 ° C. In addition, the UKE withstands dynamic loads of up to 3⋅10 7 Pa and ensures efficient selection of electrons under the influence of an electric field from the plasma flow of the working medium, for example, in a combustion chamber or magnetic separator.

Регулированием напряжения на аксиальных анодах 12 и 13 можно управлять энергией электронов, их концентрацией, силой тока пучков и получать с помощью заявленного устройства электронные пучки с необходимыми электроэнергетическими параметрами и преобразовывать их в эквивалентное количество электроэнергии.By regulating the voltage at axial anodes 12 and 13, it is possible to control the energy of electrons, their concentration, the current strength of the beams and, using the claimed device, obtain electron beams with the necessary electric power parameters and convert them into an equivalent amount of electric power.

Claims (1)

Усилитель-концентратор пучка электронов с электронной мембраной, содержащий корпус с внутренней осевой полостью, на поверхность которой нанесена кремниевая решетка, покрытая алмазной пленкой, отличающийся тем, что внутренняя полость имеет форму усеченного конуса, в большем входном отверстии которого установлена многослойная электронная мембрана, представляющая собой микропористую высокотемпературную и динамически устойчивую пластину с диаметром пор 10-3-10-4 мкм, на наружную высокотемпературную поверхность которой, обращенную к потоку плазмы, нанесен слой нанопористого нанокомпозитного графена, а на внутреннюю низкотемпературную поверхность, имеющую полусферическую форму, обращенную к меньшему выходному отверстию корпуса, нанесен слой оксида алюминия с нанопорами 0,03-0,06 нм, причем корпус снабжен аксиальными анодами, установленными со стороны входного и выходного отверстий и служащими для подачи ускоряющего потенциала.An amplifier-concentrator of an electron beam with an electronic membrane, comprising a housing with an internal axial cavity, on the surface of which a silicon lattice coated with a diamond film is deposited, characterized in that the internal cavity has the shape of a truncated cone, in the larger inlet of which there is a multilayer electronic membrane, which is a microporous high temperature and dynamically stable plate having a pore diameter of 10 -3 -10 -4 mm, the high temperature on the outer surface of which facing the sweat plasma, a layer of nanoporous nanocomposite graphene is deposited, and a layer of alumina with nanopores of 0.03-0.06 nm is deposited on the inner low-temperature surface having a hemispherical shape facing the smaller outlet of the case, the case being provided with axial anodes mounted on the side inlet and outlet openings and serving to supply accelerating potential.
RU2015146935A 2015-10-30 2015-10-30 Amplifier hub of electron beam with electron membrane RU2619767C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015146935A RU2619767C2 (en) 2015-10-30 2015-10-30 Amplifier hub of electron beam with electron membrane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015146935A RU2619767C2 (en) 2015-10-30 2015-10-30 Amplifier hub of electron beam with electron membrane

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015146935A RU2015146935A (en) 2017-05-05
RU2619767C2 true RU2619767C2 (en) 2017-05-18

Family

ID=58698112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015146935A RU2619767C2 (en) 2015-10-30 2015-10-30 Amplifier hub of electron beam with electron membrane

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2619767C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2117398C1 (en) * 1997-03-13 1998-08-10 Владимир Владимирович Аликаев Method for power transmission in vacuum
WO1999059702A1 (en) * 1998-05-20 1999-11-25 Norsk Hydro Asa A membrane and use thereof
RU2350380C1 (en) * 2007-05-31 2009-03-27 Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской Академии Наук (ИПТМ РАН) Method of aluminium porous membranes production
RU2444418C1 (en) * 2010-06-18 2012-03-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method of producing sintered porous articles from tungsten-base pseudoalloy

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2117398C1 (en) * 1997-03-13 1998-08-10 Владимир Владимирович Аликаев Method for power transmission in vacuum
WO1999059702A1 (en) * 1998-05-20 1999-11-25 Norsk Hydro Asa A membrane and use thereof
RU2350380C1 (en) * 2007-05-31 2009-03-27 Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской Академии Наук (ИПТМ РАН) Method of aluminium porous membranes production
RU2444418C1 (en) * 2010-06-18 2012-03-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method of producing sintered porous articles from tungsten-base pseudoalloy

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Письма ЖТФ, 2012, т.38, вып.6, с. 45-51. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015146935A (en) 2017-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. A review of nucleate boiling on nanoengineered surfaces–The nanostructures, phenomena and mechanisms
US10685808B2 (en) Method and apparatus for a porous electrospray emitter
US9865789B2 (en) Device and method for thermoelectronic energy conversion
JP6943392B2 (en) Ion thruster with grid with integrated solid propellant
JP2011029072A (en) X-ray generator, and x-ray imaging device including the same
CN109587926B (en) Miniaturized strong current neutron generator
Mustafaev et al. Nano-size effects in graphite/graphene structure exposed to cesium vapor
CN102420088B (en) Back-grid-type grid-controlled cold-cathode X-ray tube
CN107667411A (en) For providing the system and method for cleaning ambient in electric lighting system
Lee et al. Microfabricated silicon carbide thermionic energy converter for solar electricity generation
RU2619767C2 (en) Amplifier hub of electron beam with electron membrane
JP5400413B2 (en) Electrolyzer
US20100273090A1 (en) Micro-Electro-Mechanical Systems Phosphoric Acid Fuel Cell
CN203644725U (en) Grid control cold cathode X ray tube
JP7313616B2 (en) thermoelectric converter
CN103413745A (en) Grid-control cold cathode X-ray tube
RU2617689C1 (en) Energy recovery of positively charged ions
RU2680823C1 (en) Electronic sealed-off gun for electrons flow output into the atmosphere or other gas medium
US7960695B1 (en) Micromachined electron or ion-beam source and secondary pickup for scanning probe microscopy or object modification
JP2005143286A (en) Power generation device including porous semiconductor material matrix-type combustor
Kodihal et al. A review on methods and materials for optimizing thermionic regeneration system
KR101631553B1 (en) An AMTEC cell housing and an AMTEC cell using the same
RU181882U1 (en) Solid electrolyte planar ion source
CN111161988A (en) Low-energy electron beam gun based on carbon nanotube cathode
EP3007202B1 (en) Device and method for thermoelectronic energy conversion

Legal Events

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

Effective date: 20181031