Получение и исследование плоско-симметричного сходящегося электронного потока из плазмы модифицированного пеннинговского разряда

Эмиттирующая поверхность плазмы, ограниченная прианодным ленгмюровским слоем, находится в эмиссионном канале - 1, образованном анодными ферромагнитными вставками - 2. Коллекторный электрод - 3 с 28-ю отверстиями - 4 диаметром 4 мм вырезает ускоренные в извлекающем промежутке центральные части 28-и ленточных пучков, которые, попадая в зону медленно вращающегося ЦФ - 5 с входной щелью - 6 длиной, равной диаметру цилиндра 6 мм, шириной 0,5 мм, измеряются.

б

Рис. 4. Зависимость тока пучка от: ускоряющего напряжения

Измерение параметров ленточных пучков

Для обеспечения эффективного воздействия на объект цилиндрической формы радиально сходящегося пучка электронов с равномерным распределением удельной мощности необходимо, чтобы азимутальная неоднородность распределения тока была минимальна. С целью выяснения обозначенного вопроса проведено экспериментальное исследование [11] методом вращающегося цилиндра Фа-радея (ЦФ) [12, 13]. В основе указанных выше работ использовалась часть метода дырочной камеры [14]. Токи выделенных частей 28-и ленточных пучков электронов, проникших сквозь отверстия диаметром 1,2 мм в кольцевом коллекторе, пропорциональны плотности тока в месте расположения данных отверстий. Как показали результаты измерений методом вращающегося ЦФ, неоднородность азимутального распределения тока радиально сходящихся пучков составила ~5 %, при этом изменение поперечного сечения ленточных пучков не влияет на их токовую однородность [11].

Следующим основным параметром электронных пучков является распределение плотности тока по их сечению. Предпосылкой для измерения распределения плотности тока по сечениям 28-и ленточных пучков стал известный метод подвижной щели [14], хотя имеется и другая возможность, отмеченная в работе [11]. На рис. 5 схематично представлен новый метод структурного анализа центральной области ленточных пучков.

Рис. 5. Схема устройства для измерения распределения плотности тока в поперечном сечении центральной области ленточных пучков

По величине тока, проходящего через узкую щель при различных его положениях относительно оси пучка, судят о самом пучке. Т.о., подвижная щель - 6 в молибденовой пластинке совмещена непосредственно с регистрирующим преобразователем прямого действия, а движение поперек исследуемых пучков осуществляется за счет поворота ЦФ - 5 на валу микродвигателя (п=0,2 об/мин). При большом радиусе кривизны перемещение ЦФ по дуге практически не будет отличаться от прямолинейного. Соосность измерительного устройства с источником электронных пучков соблюдалась проточками и отбортовками в элементах экспериментального устройства. По горизонтали - эмиссионная щель, отверстия в коллекторе и ЦФ - центровались.

На рис. 6 представлен общий вид экспериментальной установки. Электронный источник - 1 через проходной опорный изолятор - 2 соединялся с вакуумной камерой. ЦФ во фторопластовом кожухе установлен на вал однофазного микродвигателя. На входе цилиндра - 3 закреплена молибденовая пластинка с щелью - 4, а для отсечения 27-и пучков имеется защитный экран - 5. На монтажном столике - 6 закреплены: сверху - токосъемные элементы цепи ЦФ; снизу - двигатель, установленный в проточку изолятора - 2; технологическая крышка - 7 с коллекторным электродом - 8 ложится на корпус источника - 1. Электрическая связь в цепи ЦФ и питания микродвигателя осуществлялась через разъем в вакуумной камере. Измерения проводили с пучками круглого сечения около 12,5 мм2 током 0,2 мА при ускоряющем напряжении до 6 кВ.

а

j-MnA/MM2

-2 Й (I |/Г 2

Рис. 8. Радиальное распределение плотности тока по сечению ленточного пучка в многолучевой сходящейся системе

Данный результат приблизительного расчета радиального распределения плотности тока центральной области 28-и ленточных сходящихся пучков электронов получен впервые. В силу этого можно дать только предварительные объяснения, говоря о перекрытии краев 28-и пучков из-за теплового расширения, поскольку функция ]а содержит в себе полную информацию о тепловом расширении пучка [2, 15, 16].

^ИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Завьялов М.А., Крейндель Ю.Е., Новиков А.А., Шанту-рин Л.П. Плазменные процессы в технологических электронных пушках. — М.: Энергоатомиздат, 1989. —256 с.

2. Алямовский И.В. Электронные пучки и электронные пушки.

— М.: Советское радио, 1966. —456 с.

3. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. — М.: Наука, 1971.

— 544 с.

4. Москалев Б.И. Разряд с полым катодом. — М.: Энергия, 1969.

— 184 с.

5. Крейндель Ю.Е. Плазменные источники электронов. — М.: Атомиздат, 1977. — 144 с.

6. Нархинов В.П., Семенов А.П., Балханов В.К. Низковольтный отражательный разряд в электродной структуре стержневых полых катодов с общим анодом // Электротехника. — 2002. — № 9. —С. 50—53.

7. Груздев В.А. Исследование плазменного источника электронов на основе дифицированного пеннинговского разряда: Авто-реф. дис. ... канд. техн. наук. —Томск, 1971. —14 с.

8. Васильева Г.Г. Эффект полого катода в газоразрядных системах со скрещенными электрическим и магнитным полями: Авто-реф. дис. ... канд. техн. наук. —Томск, 1974. —16 с.

9. Крейндель Ю.Е., Левшук Л.А. Создание и исследование неоднородной плазмы в пеннинговском разряде // Журнал технической физики. —1968. —Т. 38. —№ 10. —С. 1675—1683.

Можно также предположить, что уплотнение на краях исследуемого пучка, проходящего сквозь щель, происходит за счет тока вторичных электронов из краев щели. Разумеется, для основательных выводов потребуется более глубокое изучение сложных электронно-оптических явлений неламинарного потока.

Следует отметить, что в варианте прибора метод вращающегося ЦФ применялся дважды, что существенно расширяет возможности диагностики электронно-лучевых систем подобного типа. Для определения степени азимутальной и радиальной неоднородности по отработанной методике достаточно применить набор коллекторных колец различного диаметра и ЦФ с возможностью его горизонтального перемещения, например, креплением на шпильке. Информация, полученная при помощи измерительных устройств вращающегося ЦФ в коаксиальной системе, приближает решение задачи определения токовых параметров на любом участке сходимости.

Заключение

Результаты исследования позволяют резюмировать следующее:

— развитая плазменная поверхность, с которой ведется токоотбор внутрь коаксиальной системы, дает возможность облучения с равномерной плотностью мощности боковой поверхности объекта диаметром от 20 до 140 мм;

— регулируемая эмиссионная щель задает площадь обработки боковой поверхности;

— источник радиально сходящихся ленточных пучков электронов отличает простота конструкции, надежность работы в тяжелых вакуумных условиях.

10. Нархинов В.П., Семенов А.П., Балханов В.К. Особенности формирования радиально сходящегося пучка электронов из плазмы отражательного разряда с полыми катодами и общим анодом в магнитном поле // Электротехника. — 2003. — № 10. — С. 55—59.

11. Нархинов В.П. Регистрация и измерение тока ленточных пучков электронов на фиксированном участке сходящейся эмит-терной системы // Журнал технической физики. — 2002. — Т. 72. — № 4. —С. 136—138.

12. Нархинов В.П. Метод вращающегося цилиндра Фарадея в диагностике радиально сходящихся пучков электронов // Приборы и техника эксперимента. —2002. — № 5. — С. 129—131.

13. Пат. 2202116 РФ. МКИ 001Т 1/29. Способ измерения распределения тока радиально сходящихся ленточных пучков электронов и устройство для его осуществления / В.П. Нархинов, А.П. Семенов. Заявлено 25.05.2001; Опубл. 10.04.2003, Бюл. № 10. —12 с.: ил. 2.

14. Зинченко Н.С. Курс лекций по электронной оптике. —Харьков: Изд-во ХГУ, 1961. —350 с.

15. Пирс Д.Р. Теория и расчет электронных пучков. — М.: Советское радио, 1956. —216 с.

16. Молоковский С.И., Сушков А.Д. Интенсивные электронные и ионные пучки. — М.: Энергоатомиздат, 1991. —304 с.