RU2648241C2 - Wide-aperture accelerator with planar electron-optical system - Google Patents
Wide-aperture accelerator with planar electron-optical system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2648241C2 RU2648241C2 RU2016135585A RU2016135585A RU2648241C2 RU 2648241 C2 RU2648241 C2 RU 2648241C2 RU 2016135585 A RU2016135585 A RU 2016135585A RU 2016135585 A RU2016135585 A RU 2016135585A RU 2648241 C2 RU2648241 C2 RU 2648241C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- grid
- additional plate
- support grid
- support
- slotted holes
- Prior art date
Links
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J3/00—Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к элементам конструкций электронно-оптических и ионно-оптических устройств, в частности к конструктивным элементам для широкоапертурных низкоэнергетичных (100÷300 кэВ) ускорителей, и может быть использовано в радиационных технологиях, плазмохимических реакторах, газовых электроионизационных лазерах, а также других областях техники, где требуется синхронно облучать поверхности или газовые объемы большого поперечного сечения.The invention relates to structural elements of electron-optical and ion-optical devices, in particular to structural elements for wide-aperture low-energy (100 ÷ 300 keV) accelerators, and can be used in radiation technologies, plasma-chemical reactors, gas electroionization lasers, and other technical fields where it is required to synchronously irradiate surfaces or gas volumes of large cross-section.
Известен ускоритель электронного пучка (Патент US 5962995 «Electron beam accelerator», filled 01.02.1997, date of patent 10.05.1999), содержащий катодно-сеточный блок с проволочными термоэмиттерами, формирующую сетку и выводное окно для электронного пучка, состоящее из опорной решетки из медного сплава, перфорированной круглыми отверстиями, на внешней поверхности которой вакуумплотно установлена металлическая фольга. В ускорителе известной конструкции опорная решетка обеспечивает механическую прочность фольги при перепаде давления вакуум-атмосфера и отвод тепла, рассеиваемого в фольге при прохождении электронного пучка. Формирование пучка с круглым поперечным сечением ~4 см2 в известном устройстве происходит в катодно-сеточном блоке, а его ускорение производится в промежутке между катодно-сеточным блоком и выводным окном за счет разности потенциалов. Опорная решетка в устройстве имеет высокую геометрическую прозрачность (~80%) за счет размещения отверстий диаметром 3,1 мм с перемычками между ними ~0,2 мм в порядке гексагональной упаковки. Толщина опорной решетки в известном устройстве составляет 5 мм, что является достаточным для обеспечения ее механической прочности при указанных выше параметрах.Known electron beam accelerator (Patent US 5962995 "Electron beam accelerator", filled 01.02.1997, date of patent 10.05.1999) containing a cathode-grid unit with wire thermoemitters, forming a grid and an exit window for the electron beam, consisting of a support grid of a copper alloy perforated with round holes, on the outer surface of which a metal foil is vacuum-tightly installed. In an accelerator of known design, the support lattice provides the mechanical strength of the foil at a differential pressure of the vacuum atmosphere and the heat dissipated in the foil during the passage of the electron beam. The formation of a beam with a circular cross section of ~ 4 cm 2 in the known device occurs in the cathode-grid unit, and its acceleration is performed in the gap between the cathode-grid unit and the exit window due to the potential difference. The support lattice in the device has high geometric transparency (~ 80%) due to the placement of holes with a diameter of 3.1 mm with jumpers between them ~ 0.2 mm in hexagonal packing order. The thickness of the support lattice in the known device is 5 mm, which is sufficient to ensure its mechanical strength at the above parameters.
Однако при генерации пучка с большой площадью сечения (~1 м2) для обеспечения механической прочности опорной решетки при перепаде давления вакуум - атмосфера ее толщина должна быть увеличена. Поскольку подлетающий к опорной решетке пучок имеет угловое распределение, определяемое геометрическими параметрами (диаметр и шаг расположения проволочных термоэмиттеров, геометрия сетки, расстояния между электродами) и электрическими параметрами (потенциал сетки, ускоряющее напряжение, ток накала термоэмиттеров), увеличение толщины опорной решетки приводит к росту потерь электронов на стенках отверстий в опорной решетке, снижает эффективность вывода пучка (КПД ускорителя) и, соответственно, плотность тока выведенного пучка электронов.However, when generating a beam with a large cross-sectional area (~ 1 m 2 ), in order to ensure the mechanical strength of the support lattice at a pressure difference between vacuum and atmosphere, its thickness should be increased. Since the beam approaching the support grating has an angular distribution determined by geometric parameters (diameter and pitch of wire thermoemitters, grid geometry, distance between electrodes) and electrical parameters (grid potential, accelerating voltage, filament current of thermoemitters), an increase in the thickness of the support grating leads to an increase loss of electrons on the walls of the holes in the support lattice, reduces the efficiency of the beam output (accelerator efficiency) and, accordingly, the current density of the extracted electron beam new.
Известен также широкоапертурный ускоритель, содержащий катодно-сеточный блок, включающий проволочные термоэмиттеры, по крайней мере, одну сетку, выводное окно для электронного пучка, состоящее из охлаждаемой опорной решетки из медного сплава, выполненной в форме пластины, перфорированной щелевыми отверстиями, продольные оси которых перпендикулярны осям термоэмиттеров, и металлической фольги, вакуумплотно установленной на внешней поверхности опорной решетки. (Г.А. Баранов, Л.В. Бодакин, В.А. Гурашвили и др. «Приборы и техника эксперимента», 2013, №1, с. 81-85).Also known is a wide-aperture accelerator containing a cathode-grid unit, including wire thermoemitters, at least one grid, an exit window for an electron beam, consisting of a cooled copper alloy support grid made in the form of a plate perforated with slotted holes, the longitudinal axes of which are perpendicular axes of thermal emitters, and metal foil, vacuum tightly mounted on the outer surface of the support grid. (G. A. Baranov, L. V. Bodakin, V. A. Gurashvili and others. “Instruments and experimental techniques”, 2013, No. 1, pp. 81-85).
В известном ускорителе генерация и формирование электронного пучка большого сечения происходит в катодно-сеточном блоке, а его ускорение - в электрическом поле между катодно-сеточным блоком и выводным окном. Выводное окно имеет геометрическую прозрачность ~60% при толщине опорной решетки 25 мм.In the known accelerator, the generation and formation of an electron beam of large cross section occurs in the cathode-grid block, and its acceleration in the electric field between the cathode-grid block and the exit window. The exit window has a geometric transparency of ~ 60% with a thickness of the support grid of 25 mm.
Для снижения потерь электронов на стенках отверстий опорной решетки последние выполнены в виде щелей, продольные оси которых перпендикулярны осям термоэмиттеров и стержней сетки, поскольку основная составляющая поперечных скоростей электронов вследствие рассеивающего действия сетки как электронной линзы перпендикулярна осям эмиттеров и стержней сетки.To reduce the loss of electrons on the walls of the holes of the support lattice, the latter are made in the form of slots, the longitudinal axes of which are perpendicular to the axes of the thermal emitters and grid rods, since the main component of the transverse velocities of electrons due to the scattering effect of the grid as an electronic lens is perpendicular to the axes of the emitters and grid rods.
Однако в известном широкоапертурном ускорителе часть ускоренного пучка электронов (~40%) поглощается опорной решеткой в соответствии с ее геометрической прозрачностью. Тепловая мощность этих потерь складывается с тепловой мощностью, выделяющейся в фольге при прохождении электронного пучка, что определяет температуру фольги и ограничивает плотность тока пучка электронов, выведенного из ускорителя известной конструкции, поскольку основным критерием работоспособности и долговечности фольги является ее максимальная температура в центре отверстий опорной решетки. В соответствии с экспериментальными данными допустимые рабочие температуры фольги, например, из алюминиевого сплава АМг-2н составляют 100÷120°С; при температуре выше 150°С наблюдается потеря вакуумной плотности фольги, а при температурах 120÷140°С существенно снижается ее срок службы.However, in the well-known wide-aperture accelerator, part of the accelerated electron beam (~ 40%) is absorbed by the support grating in accordance with its geometric transparency. The thermal power of these losses is added to the thermal power released in the foil during the passage of the electron beam, which determines the temperature of the foil and limits the current density of the electron beam extracted from the accelerator of known design, since the main criterion for the operability and durability of the foil is its maximum temperature in the center of the holes of the support grid . In accordance with the experimental data, the permissible working temperatures of the foil, for example, from the aluminum alloy AMg-2n, are 100 ÷ 120 ° C; at temperatures above 150 ° C, a decrease in the vacuum density of the foil is observed, and at temperatures of 120 ÷ 140 ° C, its service life is significantly reduced.
Задачей создания изобретения является повышение плотности тока выведенного пучка электронов при одновременном исключении повышения температуры фольги выше допустимой.The objective of the invention is to increase the current density of the extracted electron beam while eliminating the rise in temperature of the foil above the permissible value.
Поставленная задача решается за счет того, что в широкоапертурном ускорителе с планарной электронно-оптической системой, содержащем катодно-сеточный блок, включающий проволочные термоэмиттеры, по крайней мере, одну сетку, выводное окно для электронного пучка, состоящее из охлаждаемой опорной решетки из медного сплава, выполненной в форме пластины, перфорированной щелевыми отверстиями, продольные оси которых перпендикулярны осям термоэмиттеров, и металлической фольги, вакуумплотно установленной на внешней поверхности опорной решетки, выводное окно содержит дополнительную пластину, расположенную относительно опорной решетки со стороны катодно-сеточного блока, опорная решетка и дополнительная пластина перфорированы расположенными с одинаковым шагом параллельными рядами щелевых отверстий, щелевые отверстия опорной решетки и дополнительной пластины имеют одинаковую конфигурацию, соосны и расположены друг над другом, опорная решетка и дополнительная пластина снабжены каналами охлаждения, проходящими между рядами щелевых отверстий перпендикулярно их длинным сторонам, при этом опорная решетка и дополнительная пластина расположены на расстоянии, исключающем тепловой контакт.The problem is solved due to the fact that in a wide-aperture accelerator with a planar electron-optical system containing a cathode-grid unit, including wire thermoemitters, at least one grid, an exit window for the electron beam, consisting of a cooled support grid made of copper alloy, made in the form of a plate perforated with slotted holes, the longitudinal axes of which are perpendicular to the axes of the thermoemitters, and a metal foil vacuum-tightly mounted on the outer surface of the support grid , the output window contains an additional plate located relative to the support grid from the side of the cathode-grid unit, the support grid and the additional plate are perforated by parallel rows of slotted holes arranged at the same pitch, the slotted holes of the support grid and the additional plate are of the same configuration, are coaxial and are located one above the other , the support grid and the additional plate are provided with cooling channels passing between the rows of slotted holes perpendicular to their long side onam, while the support grid and the additional plate are located at a distance that excludes thermal contact.
В широкоапертурном ускорителе предлагаемой конструкции выводное окно содержит дополнительную пластину, которая предпочтительно выполнена из медного сплава, перфорированную так же, как опорная решетка, и расположенную относительно опорной решетки со стороны катодно-сеточного блока.In the wide-aperture accelerator of the proposed design, the exit window contains an additional plate, which is preferably made of a copper alloy, perforated in the same way as the support grid, and located relative to the support grid from the side of the cathode-grid block.
Дополнительная пластина перехватывает часть падающего на нее электронного пучка в соответствии со своей геометрической прозрачностью, профилирует пучок, исключая часть пучка, падающую на «непрозрачное» поле опорной решетки и тем самым снижает тепловую нагрузку на опорную решетку. Механическую нагрузку дополнительная пластина практически не несет.The additional plate intercepts part of the incident electron beam in accordance with its geometric transparency, profiles the beam, excluding the part of the beam incident on the “opaque” field of the support grating and thereby reduces the thermal load on the support grating. The additional plate practically does not bear mechanical load.
Опорная решетка вместе с фольгой должна механически выдерживать полный перепад давления и снимать тепловую нагрузку, обусловленную потерями пучка в фольге и в самой решетке. Снижение тепловой нагрузки на опорную решетку с фольгой позволяет увеличить среднюю плотность тока выводимого электронного пучка при сохранении величины допустимой температуры фольги.The supporting lattice together with the foil must mechanically withstand a complete pressure drop and relieve thermal stress caused by the loss of the beam in the foil and in the lattice itself. Reducing the thermal load on the supporting grid with foil allows you to increase the average current density of the output electron beam while maintaining the value of the allowable temperature of the foil.
Величина тепловой нагрузки, которая может быть уменьшена за счет экранирования ускоренного пучка электронов дополнительной пластиной, выполненной в соответствии с предлагаемым изобретением:The magnitude of the thermal load, which can be reduced by shielding the accelerated electron beam with an additional plate made in accordance with the invention:
Q=I×U×(1-η), [Вт],Q = I × U × (1-η), [W],
где: η - геометрическая прозрачность дополнительной пластины 0<η<1,where: η is the geometric transparency of the additional plate 0 <η <1,
I - ток пучка, [А],I is the beam current, [A],
U - ускоряющее напряжение, [В].U is the accelerating voltage, [V].
Расстояние между опорной решеткой и дополнительной пластиной должно исключить тепловой контакт между ними для предотвращения передачи в процессе работы ускорителя тепловой мощности от пластины к опорной решетке, однако увеличение этого расстояния сопровождается увеличением общей толщины выводного окна, что приводит к некоторому росту потерь пучка.The distance between the support grating and the additional plate should exclude thermal contact between them in order to prevent the transfer of thermal power from the plate to the support grating during operation of the accelerator, however, an increase in this distance is accompanied by an increase in the total thickness of the exit window, which leads to some increase in beam losses.
Опорная решетка и дополнительная пластина перфорированы расположенными с одинаковым шагом параллельными рядами щелевых отверстий. Щелевые отверстия в опорной решетке и дополнительной пластине имеют одинаковую конфигурацию, соосны и расположены друг над другом, что позволяет минимизировать потери пучка на структуре выводного окна.The support grid and the additional plate are perforated by parallel rows of slotted holes arranged at the same pitch. The slotted holes in the support grid and the additional plate have the same configuration, are coaxial and located one above the other, which minimizes the beam loss on the structure of the output window.
Как опорная решетка, так и дополнительная пластина снабжены каналами охлаждения, проходящими между рядами щелевых отверстий перпендикулярно их длинным сторонам, что обеспечивает независимое охлаждение как дополнительной пластины, так и опорной решетки.Both the support grid and the additional plate are equipped with cooling channels passing between the rows of slotted holes perpendicular to their long sides, which provides independent cooling of both the additional plate and the support grid.
Каналы охлаждения, термоэмиттеры и стержни сетки (сеток) параллельны, продольные оси щелевых отверстий располагаются перпендикулярно им. Учитывая, что основные составляющие поперечных скоростей электронов электронного пучка, подлетающих к опорной решетке, направлены по оси щелевых отверстий, такая компоновка обеспечивает повышение коэффициента вывода электронного пучка, а следовательно, и повышение плотности тока выведенного пучка электронов.The cooling channels, thermal emitters and the rods of the mesh (s) are parallel, the longitudinal axis of the slotted holes are perpendicular to them. Considering that the main components of the transverse velocities of the electrons of the electron beam approaching the support lattice are directed along the axis of the slit holes, this arrangement provides an increase in the electron beam output coefficient, and, consequently, an increase in the current density of the extracted electron beam.
Изобретение поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
Фиг. 1 - Выводное окно широкоапертурного ускорителя - вид сверху;FIG. 1 - The output window of the wide-aperture accelerator - top view;
Фиг. 2 - Разрез А-А на Фиг. 1;FIG. 2 - Section AA in FIG. one;
Фиг. 3 - Широкоапертурный ускоритель в разрезе;FIG. 3 - Wide-aperture accelerator in the context;
Фиг. 4 - Зависимости плотности тока выведенного пучка от ускоряющего напряжения.FIG. 4 - Dependences of the current density of the extracted beam on the accelerating voltage.
Широкоапертурный ускоритель содержит катодно-сеточный блок 1, включающий проволочные термоэмиттеры 2, по крайней мере, одну сетку 3 и выводное окно для электронного пучка, состоящее из охлаждаемой опорной решетки 4, дополнительной пластины 5 и металлической фольги 6, вакуумплотно установленной на внешней поверхности опорной решетки. Опорная решетка и дополнительная пластина перфорированы сквозными щелевыми отверстиями 7. Опорная решетка и дополнительная пластина также имеют каналы охлаждения 8, проходящие между рядами щелевых отверстий перпендикулярно их длинным сторонам. Все элементы широкоапертурного ускорителя размещены в корпусе вакуумной камеры 9. Катодно-сеточный блок закреплен в корпусе вакуумной камеры с помощью проходного изолятора 10.The wide-aperture accelerator contains a cathode-
На Фиг. 4: кривая 1 - зависимость плотности тока выведенного пучка электронов от ускоряющего напряжения для ускорителя с выводным окном, состоящем из опорной решетки и металлической фольги; кривая 2 - зависимость плотности тока выведенного пучка электронов от ускоряющего напряжения для ускорителя с выводным окном, содержащем дополнительную пластину, выполненную в соответствии с предлагаемым изобретением.In FIG. 4:
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
На катодно-сеточный блок 1 триодного типа относительно корпуса вакуумной камеры 9 подается ускоряющее напряжение Ua=-180 кВ. На термоэмиттеры 2 от источника питания подается ток накала ~200 А. При достижении рабочей температуры термоэмиттеров 1950÷2000 К подается отпирающее напряжения Uc=-100 В между сеткой 3 и термоэмиттерами 2. При указанных напряжениях обеспечивается генерация, формирование и ускорение к выводному окну пучка электронов, который затем выводится через фольгу 6. Ускорение пучка электронов происходит в промежутке между сеткой и выводным окном ускорителя до энергии:The cathode-
Е=Uа×е=180 кэВ,E = U a × e = 180 keV,
где: Ua - ускоряющее напряжение,where: U a - accelerating voltage,
е - заряд электрона.e is the electron charge.
Величина тока пучка ускоренных электронов в общем случае определяется законом «степени 3/2» как для триодных, так и для тетродных электронно-оптических систем:The magnitude of the current of the beam of accelerated electrons in the general case is determined by the law of "degree 3/2" for both triode and tetrode electron-optical systems:
где: Uс1, Uc2 - потенциалы сеток,where: U c1 , U c2 are the potentials of the grids,
Ua - ускоряющее напряжение,U a - accelerating voltage
D1, D2 - проницаемость сеток,D 1 , D 2 - the permeability of the grids,
Fc1 - эффективная площадь первой сетки,F c1 is the effective area of the first grid,
хc1 - расстояние первая сетка-катод - геометрические характеристики системыx c1 - distance of the first grid-cathode - geometric characteristics of the system
k, α - поправочные коэффициенты.k, α are correction factors.
Выводное окно (Фиг. 3) состоит из опорной решетки 4 с вакуумноплотно установленной на ней фольгой 6 и дополнительной пластины 5. Опорная решетка и дополнительная пластина перфорированы щелевыми отверстиями. Щелевые отверстия в решетке и пластине расположены соосны и расположены друг над другом. В частном случае: длина щелей - 50 мм, ширина щелей - 6 мм, перемычка между длинными сторонами щелей - 1,5 мм, между рядами щелей - 10 мм. Опорная решетка и дополнительная пластина снабжены каналами охлаждения 8 (Фиг. 2), проходящими между рядами щелевых отверстий перпендикулярно их длинным сторонам. Протекающий по каналам охлаждения хладагент, в частности вода, обеспечивает теплосъем как с дополнительной пластины, так и с опорной решетки с фольгой.The exit window (Fig. 3) consists of a support grid 4 with a
При подлете к выводному окну электроны имеют поперечные составляющие скорости, как перпендикулярно осям термоэмиттеров и сетки, так и вдоль них. Это связано с влиянием сетки как короткофокусной рассеивающей электронно-оптической линзы и действием магнитного поля тока накала термоэмиттеров (магнетронным эффектом) на траектории движения электронов.When approaching the exit window, the electrons have transverse velocity components, both perpendicular to the axes of the thermal emitters and the grid, and along them. This is due to the influence of the grid as a short-focus scattering electron-optical lens and the action of the magnetic field of the glow current of the thermal emitters (magnetron effect) on the electron trajectory.
На выводное окно площадью S=0,351×0,466 м2 падает ускоренный пучок электронов. Результаты численных траекторных расчетов показывают, что электроны подлетают к выводному окну с различными углами. В поперечном к осям термоэмиттеров направлении полуширина угла расхождения пучка ~2÷2,5°, а в направлении вдоль термоэмиттеров - на порядок меньше. Поэтому щелевые отверстия 7 в опорной решетке 4 сориентированы в направлении преимущественных поперечны углов подлетающих электронов, т.е. большие оси отверстий перпендикулярны осям термоэмиттеров. Это позволяет уменьшить потери электронного пучка на стенках отверстий в опорной решетке.An accelerated electron beam is incident on an exit window with an area of S = 0.351 × 0.466 m 2 . The results of numerical trajectory calculations show that the electrons fly up to the exit window with different angles. In the direction transverse to the axes of the thermal emitters, the half-width of the beam divergence angle is ~ 2 ÷ 2.5 °, and in the direction along the thermal emitters it is an order of magnitude smaller. Therefore, the slit holes 7 in the support grid 4 are oriented in the direction of the predominant transverse angles of the approaching electrons, i.e. the large axes of the holes are perpendicular to the axes of the thermal emitters. This allows you to reduce the loss of the electron beam on the walls of the holes in the support grid.
На расстоянии 17 мм от опорной решетки со стороны катодно-сеточного блока установлена дополнительная пластина.An additional plate is installed at a distance of 17 mm from the support grid from the side of the cathode-grid block.
Дополнительная пластина перехватывает часть падающего на нее электронного пучка в соответствии со своей геометрической прозрачностью, профилирует пучок, исключая эту часть при падении пучка на опорную решетку. Поскольку величина этих потерь определяется, в основном, геометрической прозрачностью дополнительной пластины их можно описать следующим выражением:An additional plate intercepts a part of the incident electron beam in accordance with its geometric transparency, profiles the beam, excluding this part when the beam falls on the support grating. Since the magnitude of these losses is determined mainly by the geometric transparency of the additional plate, they can be described by the following expression:
Р=(1-η)×S×j0×Ua=11,8 кВт,P = (1-η) × S × j 0 × U a = 11.8 kW,
где: η≈60% - геометрическая прозрачность дополнительной пластины,where: η≈60% - geometric transparency of the additional plate,
j0=100 мкА/см2 - плотность тока ускоренного пучка электронов, падающего на дополнительную пластину,j 0 = 100 μA / cm 2 is the current density of the accelerated electron beam incident on the additional plate,
Ua=180 кВ - ускоряющее напряжение,U a = 180 kV - accelerating voltage,
S=1635 см2 - сечение электронного пучка.S = 1635 cm 2 is the cross section of the electron beam.
Величина общей мощности электронного пучка в этом случае составляет 29,43 кВт. Экспериментально измеренная мощность выведенного пучка составляла ~11 кВт. Таким образом, дополнительная пластина перехватывает 65÷70% общих потерь электронного пучка в широкоапертурном ускорителе.The total power of the electron beam in this case is 29.43 kW. The experimentally measured power of the extracted beam was ~ 11 kW. Thus, the additional plate intercepts 65–70% of the total electron beam loss in a wide-aperture accelerator.
В предлагаемом изобретении задача решается за счет переноса этих потерь на охлаждаемую дополнительную пластину 5. Причем нагрев дополнительной пластины не оказывает влияния на опорную решетку с фольгой.In the present invention, the problem is solved by transferring these losses to the cooled
Максимальное значение плотности выведенного тока пучка через выводное окно с опорной решеткой, перфорированной щелевыми отверстиями, продольные оси которых перпендикулярны осям термоэмиттеров, и алюминиевой фольгой, ограничивается температурой фольги в центре щелевой ячейки (максимальное значение), которая не должна превышать tф≤120°С. В общем случае эта температура складывается из следующих составляющих:The maximum value of the density of the extracted beam current through the exit window with a support grid perforated with slotted holes, the longitudinal axes of which are perpendicular to the axes of the thermoemitters, and aluminum foil, is limited by the temperature of the foil in the center of the slotted cell (maximum value), which should not exceed t f ≤120 ° С . In general, this temperature consists of the following components:
tф=t0+Δtп+Δtк+Δtф,t f = t 0 + Δt p + Δt k + Δt f ,
где: tф - температура фольги в центре щелевой ячейки,where: t f - the temperature of the foil in the center of the slit cell,
t0 - температура хладагента,t 0 - refrigerant temperature,
Δtп - температурный перепад на ребре ячейки опорной решетки,Δt p - the temperature difference at the edge of the cell support lattice,
Δtк - температурный перепад в зоне контакта фольга - опорная решетка,Δt k - temperature difference in the contact zone of the foil - support lattice,
Δtф - температурный перепад на фольге по ширине щели.Δt f - temperature difference on the foil along the width of the slit.
Предложенное техническое решение позволяет, как показывают приведенные выше оценки, снизить мощность, падающую на опорную решетку, и снизить перепад температуры на ребре ячейки опорной решетки Δtп, что, в свою очередь, обеспечивает запас температуры фольги в центре ячейки и, следовательно, возможность увеличения плотности выведенного электронного тока.The proposed technical solution allows, as shown by the above estimates, to reduce the power incident on the support grid and reduce the temperature difference at the edge of the support grid cell Δt p , which, in turn, provides a margin of temperature of the foil in the center of the cell and, therefore, the possibility of increasing the density of the extracted electron current.
Для определения величины выведенного тока непосредственно за выводным окном устанавливалась алюминиевая токоприемная пластина, заземленная через прибор измерения тока. На Фиг. 4 показаны результаты измерения плотности тока в зависимости от ускоряющего напряжения. Плотность тока вычислялась как отношение измеренного тока I0 к площади пучка S. На рисунке представлены две зависимости плотности тока пучка, выведенного через выводное окно от ускоряющего напряжения. Для ускорителя с традиционным выводным окном - кривая 1 и кривая 2 с выводным окном, выполненным в соответствии с предлагаемым изобретением. На основании данных, представленных на Фиг. 4, можно сделать вывод, что предлагаемое изобретение позволяет повысить плотность выведенного тока, по крайней мере, на 10%.To determine the magnitude of the output current, an aluminum current collector plate, grounded through a current measuring device, was installed directly behind the output window. In FIG. 4 shows the results of measuring the current density as a function of accelerating voltage. Current density was calculated as the ratio of the measured current I 0 to the beam area S. The figure shows two plots of the current density of the beam outputted through the output end of the accelerating voltage window. For an accelerator with a traditional exit window,
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016135585A RU2648241C2 (en) | 2016-09-01 | 2016-09-01 | Wide-aperture accelerator with planar electron-optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016135585A RU2648241C2 (en) | 2016-09-01 | 2016-09-01 | Wide-aperture accelerator with planar electron-optical system |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016135585A RU2016135585A (en) | 2018-03-02 |
| RU2016135585A3 RU2016135585A3 (en) | 2018-03-02 |
| RU2648241C2 true RU2648241C2 (en) | 2018-03-23 |
Family
ID=61597170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016135585A RU2648241C2 (en) | 2016-09-01 | 2016-09-01 | Wide-aperture accelerator with planar electron-optical system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2648241C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5962995A (en) * | 1997-01-02 | 1999-10-05 | Applied Advanced Technologies, Inc. | Electron beam accelerator |
| US20120087842A1 (en) * | 2009-03-11 | 2012-04-12 | Tetra Laval Holdings & Finance S.A. | Method for assembling an electron exit window and an electron exit window assembly |
| US20130140474A1 (en) * | 2010-08-26 | 2013-06-06 | Tetra Laval Holdings & Finance S.A. | Control grid design for an electron beam generating device |
-
2016
- 2016-09-01 RU RU2016135585A patent/RU2648241C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5962995A (en) * | 1997-01-02 | 1999-10-05 | Applied Advanced Technologies, Inc. | Electron beam accelerator |
| US20120087842A1 (en) * | 2009-03-11 | 2012-04-12 | Tetra Laval Holdings & Finance S.A. | Method for assembling an electron exit window and an electron exit window assembly |
| US20130140474A1 (en) * | 2010-08-26 | 2013-06-06 | Tetra Laval Holdings & Finance S.A. | Control grid design for an electron beam generating device |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Приборы и техника эксперимента, 2013, N 1, с.81-85. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016135585A (en) | 2018-03-02 |
| RU2016135585A3 (en) | 2018-03-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2009238750A5 (en) | ||
| JP2010186694A (en) | X-ray source, x-ray generation method, and method for manufacturing x-ray source | |
| JP2013098090A (en) | X-ray radiation device and x-ray radiation method | |
| US8081734B2 (en) | Miniature, low-power X-ray tube using a microchannel electron generator electron source | |
| US20240062921A1 (en) | Structured Plasma Cell Energy Converter For A Nuclear Reactor | |
| RU2648241C2 (en) | Wide-aperture accelerator with planar electron-optical system | |
| Wei et al. | Key issues for the filament-arc ion source of EAST neutral beam injector toward high-power and long-pulse operation | |
| RU2590891C1 (en) | Electronic unsoldered gun for electron flow discharge from vacuum field gun to atmosphere or other gas medium | |
| JP2016526261A (en) | Dielectric wall accelerator using diamond or diamond-like carbon | |
| Davydenko et al. | Optimization of an ion-optics system with “thick” electrodes for the diagnostic neutral beam injector of the TEXTOR tokamak | |
| Baranov et al. | Comparison of Large-Area Low-Energy Electron Accelerators Based on a High-Voltage Glow Discharge with Accelerators Based on Longitudinal Filaments | |
| Bryzgunov et al. | Efficiency improvement of an electron collector intended for electron cooling systems using a Wien filter | |
| RU2680823C1 (en) | Electronic sealed-off gun for electrons flow output into the atmosphere or other gas medium | |
| Romano et al. | Effect of the LHC Beam Screen Baffle on the Electron Cloud Buildup | |
| JP2996242B1 (en) | Extraction electrode | |
| Duffy et al. | Design of a 10-kV deuterium-ion extractor for continuous service | |
| Li et al. | Analysis of energy deposition on ion source components of EAST neutral beam injector | |
| Kosogorov et al. | Wide-Aperture, Low-Energy Electron Accelerators Based on High-Voltage Glow Discharge | |
| RU2294578C1 (en) | Ribbon plasma ion emitter | |
| Vakili et al. | Conceptual design of an ion source for the damavand tokamak neutral beam injection | |
| US11330695B2 (en) | Arrayed X-ray source and X-ray imaging apparatus | |
| Prokhorov et al. | Ion Source for 10 sec Diagnostic Neutral Beam | |
| Fujiwara et al. | Beamlet–beamlet interaction in a multi-aperture negative ion source | |
| RU2594172C1 (en) | X-ray source | |
| JP2002303465A (en) | Thermoelectron heat pump |