UA147739U

UA147739U - GAS DISCHARGE ELECTRONIC GUN

Info

Publication number: UA147739U
Application number: UAU202008274U
Authority: UA
Inventors: Віталій Гнатович Мельник; Ігор Віталійович Мельник; Сергій Борисович Тугай
Original assignee: Національний Технічний Університет України "Київський Політехнічний Інститут Імені Ігоря Сікорського"
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2021-06-09

Abstract

Газорозрядна електронна гармата належить до електронної техніки, а більш конкретно до газорозрядних гармат технологічного призначення і може бути використана для електронно-променевих технологічних процесів, які виконуються у вакуумі з використанням електронних пучків. Гармата містить холодний катод, анод та променепровід з порожнинами, розташовані на осі гармати, базовий фланець та фокусувальні лінзи. Новим є те, що променепровід приєднаний до анода пайкою, а порожнини для охолоджувальної води з'єднані та розділені перегородками на дві по вертикалі та сполучені між собою в нижній частині променепроводу. Також новим є те, що в базовому фланці виконана кільцева порожнина для проходження охолоджувальної води. Технічним результатом є зменшення теплових навантажень на електродну систему та підвищення надійності роботи газорозрядної електронної гармати великої потужності.Gas-discharge electronic gun belongs to electronic technology, and more specifically to gas-discharge guns of technological purpose and can be used for electron-beam technological processes that are performed in vacuum using electron beams. The gun contains a cold cathode, anode and a beam tube with cavities located on the axis of the gun, the base flange and focusing lenses. What is new is that the beam is connected to the anode by soldering, and the cavities for cooling water are connected and divided by partitions into two vertically and interconnected in the lower part of the beam. Also new is that in the base flange is made an annular cavity for the passage of cooling water. The technical result is to reduce the thermal loads on the electrode system and increase the reliability of the high-power gas-discharge electronic gun.

Description

Корисна модель належить до електронної техніки, а більш конкретно - до газорозрядних електронних гармат технологічного призначення, і може бути використана для електронно- променевих пристроїв, які працюють у вакуумі та формують технологічні електронні пучки.The useful model belongs to electronic equipment, and more specifically to gas-discharge electron guns of technological purpose, and can be used for electron-beam devices that work in a vacuum and form technological electron beams.

Відома газорозрядна електронна гармата, робота якої базується на використанні електричного розряду між холодними електродами в газі низького тиску, тобто у високовольтному тліючому розряді. Електронний пучок в гарматах такого типу емітується з поверхні холодного катода в результаті бомбардування її прискореними іонами, що надходять із плазми, локалізованої в області анода. В області катодного падіння потенціалу між катодом і плазмою електрони прискорюються електричним полем, і, в залежності від конфігурації електродів, формуються в пучок відповідної форми. Електронний пучок за допомогою магнітних фокусувальних лінз виходить із розрядного проміжку в зону термічної обробки виробів.A gas-discharge electron gun is known, the work of which is based on the use of an electric discharge between cold electrodes in a low-pressure gas, that is, in a high-voltage glow discharge. The electron beam in guns of this type is emitted from the surface of the cold cathode as a result of its bombardment with accelerated ions coming from the plasma localized in the anode region. In the region of the cathodic potential drop between the cathode and the plasma, the electrons are accelerated by the electric field and, depending on the configuration of the electrodes, are formed into a beam of the appropriate shape. The electron beam, with the help of magnetic focusing lenses, exits the discharge gap into the heat treatment zone of the products.

Недоліком є те, що в цьому пристрої не передбачені спеціальні засоби для транспортування електронного пучка з розрядної в технологічну камеру (11.The disadvantage is that this device does not include special means for transporting the electron beam from the discharge chamber to the technological chamber (11.

Через невелику величину густини струму емісії холодного катода (близько 0,1 А/см?) лише в розвиненій електродній системі отримують потужний електронний пучок. За такої умови на електродах, в залежності від режимів розряду (прискорювальної напруги, струму розряду, тиску та складу робочого газу) виділяється енергія, яка зазвичай перевищує 10 95 загальної потужності розряду, що потребує ефективного охолодження електродів і ускладнює конструкцію гармати.Due to the small value of the emission current density of the cold cathode (about 0.1 A/cm?), a powerful electron beam is obtained only in a developed electrode system. Under such conditions, depending on the discharge modes (accelerating voltage, discharge current, pressure and composition of the working gas), energy is released on the electrodes, which usually exceeds 10 95 of the total discharge power, which requires effective cooling of the electrodes and complicates the design of the gun.

Найбільш близьким аналогом є газорозрядна електронна гармата з холодним катодом, яка містить холодний катод увігнутої форми та порожнистий анод з отвором для проходження електронного пучка. До нижньої частини анода приєднаний променепровід з розташованими на ньому фокусувальною лінзою та системою відхилення електронного пучка. Герметичність вакуумного з'єднання між анодом та променепроводом забезпечують гумовою прокладкою. Для водяного охолодження в аноді та катоді виконані порожнини.The closest analogue is a gas-discharge electron gun with a cold cathode, which contains a cold cathode of a concave shape and a hollow anode with a hole for the electron beam to pass through. A beam with a focusing lens and an electron beam deflection system is attached to the lower part of the anode. The hermeticity of the vacuum connection between the anode and the beam guide is ensured by a rubber gasket. Cavities are made in the anode and cathode for water cooling.

Недоліком зазначеного аналога є те, що застосування вакуумного з'єднання з гумовим ущільненням в місці найбільшого теплового навантаження в області проходження потужного електронного пучка не забезпечує надійну герметичність. Крім того, окреме водяне охолодження променепроводу ускладнює його конструкцію.The disadvantage of this analogue is that the use of a vacuum connection with a rubber seal in the place of the greatest heat load in the area of passage of a powerful electron beam does not ensure reliable tightness. In addition, separate water cooling of the beam path complicates its construction.

Недоліком є також те, що відсутнє охолодження базового фланця, яким гармата приєднана до технологічної камери, а це потребує допоміжного його захисту від перегрівання (21.The disadvantage is also that there is no cooling of the base flange by which the gun is connected to the technological chamber, and this requires auxiliary protection against overheating (21.

В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення газорозрядної електронної гармати, в якій шляхом зменшення впливу теплових навантажень на електроди підвищується потужність гармати та стабільність її роботи.The useful model is based on the task of improving the gas-discharge electron gun, in which the power of the gun and the stability of its operation are increased by reducing the effect of thermal loads on the electrodes.

Поставлена задача вирішується тим, що в газорозрядній електронній гарматі, що містить холодний катод, анод та променепровід з порожнинами, розташовані на осі гармати, базовий фланець та фокусувальні лінзи, згідно з корисною моделлю, променепровід приєднаний до анода пайкою, а порожнини для охолоджувальної води з'єднані та розділені перегородками на дві по вертикалі та сполучені між собою в нижній частині променепроводу.The problem is solved by the fact that in a gas-discharge electron gun containing a cold cathode, an anode and a beam with cavities located on the axis of the gun, a base flange and focusing lenses, according to a useful model, the beam is connected to the anode by soldering, and the cavities for cooling water with connected and separated by partitions into two vertically and connected to each other in the lower part of the beam.

В базовому фланці виконана кільцева порожнина для проходження охолоджувальної води.An annular cavity is made in the base flange for the passage of cooling water.

Суть корисної моделі пояснюється кресленнями: на фіг. 1 - газорозрядна електронна гармата; на фіг. 2 - система подавання та відведення охолоджувальної води.The essence of the useful model is explained by the drawings: in fig. 1 - gas-discharge electron gun; in fig. 2 - cooling water supply and drainage system.

Гармата містить закріплений на високовольтному ізоляторі 1 і розміщений в циліндричному корпусі 2 холодний катод З, а також анодний фланець 4 з приєднаним до нього пайкою високотемпературним припоєм променепроводом 5, в яких виконані порожнини б для охолоджувальної води. На променепроводі 5 розташовані магнітні фокусувальні лінзи 7. До променепроводу приєднаний фланець 8 з порожниною 9 для охолоджувальної води. Подавання води здійснюють штуцерами 10, розташованими на анодному фланці 4. Вода надходить в порожнину фланця 4 та проходить через променепровід 5. Порожнини 6 анодного фланця 4 та променепроводу 5 розділені на два об'єми вертикальними перегородками 11. В нижній частині порожнини променепроводу 5 перегородки 11 відсутні, тому охолоджувальна вода проходить послідовно через обидві половини порожнин анода та променепроводу. За таких умов відбувається відбір тепла по всій поверхні порожнини анода та променепроводу, що підвищує ефективність їх охолодження.The gun contains a cold cathode Z fixed on a high-voltage insulator 1 and placed in a cylindrical body 2, as well as an anode flange 4 with a beam 5 connected to it by soldering with high-temperature solder, in which cavities b are made for cooling water. Magnetic focusing lenses 7 are located on the beam 5. A flange 8 with a cavity 9 for cooling water is attached to the beam. Water supply is carried out by fittings 10 located on the anode flange 4. Water enters the cavity of the flange 4 and passes through the beam 5. The cavities 6 of the anode flange 4 and the beam 5 are divided into two volumes by vertical partitions 11. In the lower part of the cavity of the beam 5 partitions 11 are absent, therefore the cooling water passes sequentially through both halves of the anode and ray guide cavities. Under such conditions, heat is removed from the entire surface of the anode cavity and the beam, which increases the efficiency of their cooling.

Гармата працює наступним чином.The gun works as follows.

На катод подається прискорювальна напруга в десятки кіловольт, а в розрядному проміжку шляхом контрольованої подачі робочого газу (водню, гелію, кисню) і безперервного його відкачування через променепровід підтримується заданий тиск в діапазоні одиниць Па. За таких бо фізичних умов виникає високовольтний тліючий розряд з електронним пучком, який за допомогою фокусувальних лінз 7 виводиться і фокусується на поверхні виробів 12. Базовий фланець гармати 8, яким вона приєднується до технологічної камери, де термічні процеси проводяться при високих температурах, може нагріватись до недопустимої температури випромінюванням тепла із зони обробки виробів.An accelerating voltage of tens of kilovolts is applied to the cathode, and in the discharge interval, a set pressure in the range of Pa units is maintained by controlled supply of working gas (hydrogen, helium, oxygen) and its continuous pumping through the beam. Under such physical conditions, a high-voltage glow discharge with an electron beam occurs, which is output and focused on the surface of the products 12 with the help of focusing lenses 7. The base flange of the gun 8, which connects it to the technological chamber, where thermal processes are carried out at high temperatures, can heat up to unacceptable temperature due to heat radiation from the product processing area.

В запропонованій гарматі базовий фланець 8 виконаний з кільцевим каналом для проходження охолоджувальної води, що забезпечить надійну роботу гармати без значного нагрівання фланця.In the proposed gun, the base flange 8 is made with an annular channel for the passage of cooling water, which will ensure reliable operation of the gun without significant heating of the flange.

Конструктивне з'єднання пайкою високотемпературним припоєм анодного фланця та променепроводу зменшить теплові навантаження на електродну систему та підвищить надійність роботи газорозрядної електронної гармати великої потужності.The constructive connection by high-temperature soldering of the anode flange and the beam guide will reduce the thermal load on the electrode system and increase the reliability of the high-power gas-discharge electron gun.

Джерела інформації: 1. Газорозрядна електронна гармата. Пат. України Мо 38451, МПК НО137/06, опубл. 15.01.2004. 2. Газорозрядна електронна гармата. Пат. України Мо 45505, МПК НО1.)37/06, опубл.Sources of information: 1. Gas-discharge electron gun. Stalemate. Mo 38451 of Ukraine, IPC NO137/06, publ. 15.01.2004. 2. Gas discharge electron gun. Stalemate. Mo 45505 of Ukraine, IPC NO1.)37/06, publ.

Claims

15.04.2002. USEFUL MODEL FORMULA

1. A gas-discharge electron gun comprising a cold cathode, an anode, and a beam with cavities located on the axis of the gun, a base flange, and focusing lenses, characterized in that the beam is soldered to the anode and the cooling water cavities are connected and separated by partitions in two vertically and connected to each other in the lower part of the beam.

2. A gas-discharge gun according to claim 1, which is characterized by the fact that an annular cavity is made in the base flange for the passage of cooling water.

ezaesh I EYA I I hi she | -y MM And you and sch Be z y SHA to UVK ad m m nyti A Y ra Y | full OLIPHI, III CC III MIN PIP ZCIIZHIIZH TIM: PIiIIiIMIMI ZHIM II pIi I IMiIzhIiiiiIii: Il iiiMIKyaKiniiiiiiM psNNimkfUNiiPy she and sut ZMMIPIPDYICIMNIMO I tsv A E BUK a ХУХХХ БАХ чова i 7 V PV of the Masses of thanksgiving ШИ ВІІ ss g ШЩе stok and more OH in re V ! Y and day si U SHE GBN x KI nan ZK OSY -v is "shi Be i - -h ih shi un Y si vam KT I reni -7 SHIA a iss Z Ne NI sh-8 7 i de dk te am

Fig. 1st DI; 74; | i TO soda blue - UDdt M DE i t y : ! і shk no rrya VHF no Pshdeni; lm vv a A: L HSH; drink in

Fig. 2 0 Computer keyboard. Matseloi 00000000 77, Ukrainian Institute of Intellectual Property", Glazunova St., 1, Kyiv -42,01601...