Файл: Носков Д.А. Электронно-ионное оборудование технологического назначения.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.07.2024
Просмотров: 108
Скачиваний: 0
- 19 -
режим нагрева, отключал ток в момент отпирания пушки. Благодаря тепловой инерции катода его температура в мо мент токоотбора снимается незначительно. При питании накала переменным током тепловая инерция прямонакального
катода приводит к отставанию максимума температуры |
J T |
||
максимума тока накала. Время отставания иоает |
дос:нгать |
||
2 моек,' Подобное время было зарегистрировано |
по фото |
||
графиям |
осциллограммы тока накала и температуры |
като |
|
да из вольфрамовой фольги толщиной 50 мкм и шириной |
I им. |
||
Для нагрева катодов с площадью эмиттирующей поверх |
|||
ности более |
3 мм2 целесообразно ислользо^ть |
косвенный |
накал от подогревателя или нагрел электронной бомбарди ровкой от автономного катода*
Одна из конструкций тсаэодногс уз "а с нагрелон катода электронной бомбардировкой показана на рис,2-1-2.
Катод иэ о'оонда лантана закреп лен в катодном узле о помощью танталового держателя. Для по догрева катода используется вспомогательный катсд в виде двухзаходной спирали из воль фрамовой лроЕОЖэки диаметром 0,5 т. Между вспомогательный катодом и основным прикладыва ется ускоряющее напряжение 300-500 в .
При разработке катодных узлов кюие элекз^одно-очтиче- ских задач приходится рзш-ть задачи, направленные на уыенхшение отвода тетла от катода. В некоторых конструкциях эта задача решается путем причеаения тепловых экранов ил:! пу тем крепления катода с о ^о'лью цилиндрически:'- деталей, рбеспе
чивающих иагую площадь контакта с нагретыми деталями. Принцип кретения и центрирования подогревного катода приведен ва р и с . 2 - г - 3 .
2-2. Плазменные источники электронов
Устройства, s которых электроны эмиттируют(: т с по верхности плагин,называют адазыеянмя или газоразрядными источниками з-.ектроноь. Все известные плазменные неточна км в соответствии со способов получения плазм." и формиро ванвя пучке подразделяются на две группы;газоразрядные м терноплазменные.
В группу газоразрядных источников входят источники яа основе отбора электронов с поверхности локализованной шазлы, нстпивяя с лучевой формой разряда и источники, яссаль-ущие ионяо-8леят;, оняу» эмиссию. В источниках на остова orcjt^a элекэронсв с поверхности локализованной в
- 21 -
ограниченной объеме плалмы в зависимости от величины тока могут использоваться различные ВИДЫ электрического разря да, а в ьсточниках с лучевой формой разряде и на основе ионно-электпонной эмиссии используется глвзнчм образом высоковольтный тлеющий разряд.
2-2-1. Источники на озновз отбора электронов из плазмы
До принципу отбора электронов и формирования пучвх источники с отбором электронов с поверхности локализован ной в ограниченном объеме плазмы близко примыкают, к ус тройствам с накаленным катодом. В том и в дпугоы случаях имеются поверхности, эмиттирующие электроны, и устройства для формирования и ускоренчя электргно^. В зависимости от величгны извлекаемого тока и режима угэлеченил в плазмен ных источниках "ля получения плазмы могут использоваться различные виды газового разряда: искр^ой, „уговой с холод- 0 ным и с накалешим катодом, разряд с осцилляцией электро нов в магнитном поле и поверхнеотныЕ разряд.
|
г-2-l-I. |
Источник с |
искровым разрядом |
|
||
|
..скровой |
разряд является |
одной из |
форм газового разря |
||
да |
или одной |
из |
стали!! развития проОя |
вакуумного |
промежут |
|
ка. Для этой |
стаяли разрг.дь |
харакаерна |
высокая плотность |
|||
..лазмы и большие |
разрядные теки, что позволяет получать то |
|||||
ки |
с большой |
плотнистью (сотни ампер). Вчшдстрие |
•'ого,что |
искровой разряд в зависимости пх условий возбуждения может
существовать в течеьие |
коротких промежутков |
воеменя (10"'* |
|||
+ и ~ ^ с е к ) , |
источники |
на |
(.го основе целесообразно экоП^уати- |
||
оовать в |
импульсном |
режиме. |
|
||
Одна |
из |
конструкций |
искрового лоточник- |
приведена на |
|
р и з . 2 - 2 - 1 , |
Искровой разряд зажигаете; uei-ду |
поджигающим |
|||
электродом |
7 i: ..атодрм 4, в котором вынол..ено отг эпсмвоЛМ |
выхода электронов. Извлечение электронов из ыаомн произво-f дится электргчески:. пелег экстрактора 5, Д/ч ''величеняя то ка электрг'шого пучка в источнике йсг.эльзуеТся кратковрененн~е повышение давления газа за счет испарения материала
|
- гг - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fx |
трубки |
в |
момент |
р. зви- |
|||||
|
тия |
поджигающей |
|
искры. |
||||||
|
|
|
||||||||
|
^ |
Это |
способствует |
ювы- |
||||||
|
§ |
шепию плотности |
|
плазмы |
||||||
|
|
и провисанию ее |
|
через |
||||||
|
|
апертуру |
катода |
|
в основ |
|||||
|
|
ном |
зазор, |
откуда |
под |
|||||
|
|
действие.»' |
поля |
экстрак |
||||||
|
|
тора |
происходит |
|
отбор |
|||||
|
|
электронов. |
|
|
|
|||||
|
|
|
При |
пптг.мальных |
ус |
|||||
Рис . 2 - 2 - 1 . Источник элект- |
ловиях |
|
источник |
ооес- |
||||||
тронов с искровом par рядом'. |
печивает |
импульс |
элект |
|||||||
1 -фарфоровая |
трубкз} |
ронного |
тока до |
|
200" |
|||||
2- cpiстекло; |
З-изоллюр} |
ампер |
при |
длительности |
||||||
^-катод; 5-экстрактор; |
||||||||||
импульса |
около |
0,2 |
мик |
|||||||
Ь-диафрагма; 7-электроч |
||||||||||
подога |
|
росекунд. Te-t пучка |
|
|||||||
|
|
увеличивается до |
600- |
|||||||
|
|
-1000 |
ампер при |
|
отборе |
электроноь из сфориироьзвшейся разогретой.плазаы поджига ющей искры, а не сначала плазмообразования, то есть при запаздывании импульса извлекающего напряжения относитель но поджигающего инпульса.
В некоторых HCKPOBJX источниках предусмотрена электро статическая фокусировка извлекаемою пучке. Например, для лервоначачьного формирования пучка используется квазипирсовская онмс-ча электродов. Пода: гающий электрод имеет коническую поверхность, обращенную к экстрактору (угол при вершине 135°). За анодным отверстием установлен стек лянный цилиндр, обеспечивающий дополнительное састие пуч ка за счет радиального поля, создаваемого отрицательным
зарядом, накапливающимся на внутренних |
стенках. |
||
2-2-1-2. Дуговые источники с регенерируемым катодом |
|||
Д^я |
генерирования как иыпульснщ, |
так и |
непрерывных |
пучков |
электронов используются ИСТОЧНИКИ на |
основе из |
влечения электронов |
из плазмы дугового разряда*с жидкий |
||
регенерируемым катодом В качестве жидкого |
катода |
в |
|
больюинстг? случаев |
испольо^ется ртуть. |
° |
|
- 23 -
Принцип устройства одного из источников показан на рис.2-2-2. Плазма формируется в парах птути в нижней ка мере источника, где между ртутным катодом и вспомогатель ным анодом горит дуга при напряжении порядка 10 в . Катод ное пятно с помощью никелевого стержня 3 фиксируется про
тив анодного отверстия. Отбор электронов производится |
с |
|
||||||||||||
поверхности |
п х ш ы , |
вытекающей в анод-ое |
отверстие |
диамет |
|
|||||||||
ром 0,32 |
мм, с |
помощью поля |
экстрактора |
5, |
проникающего |
|
||||||||
через отверстие |
в стабилизирующем электроде |
4, |
который на |
|||||||||||
|
7 |
|
|
|
|
$ |
ходится |
под |
потен- |
|
||||
|
,, |
|
„ , „ , , , |
циалом анода. |
С |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
целью увеличения |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
извлекаемого тока |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
в |
источнике |
приме |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
нено |
магнитное |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
каллнмировакие |
раз |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
ряда. Благодаря |
на |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
ложению |
продольного |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
магнитного |
поля |
су |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
щественно |
уменьша |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
ется |
радиальная |
диф |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
фузия |
плазмы, |
что |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
приводит |
|
к |
сужению |
* |
|||
|
|
|
|
|
|
|
канала разряда |
и по |
||||||
Рис.2-2-2. |
Источник |
с дуговым |
вышению |
плотности |
в |
|||||||||
|
|
разрядом: |
|
|
носителей |
заряда |
||||||||
1-ртутиыВ катод', 2-анод; |
3-фикси- |
положительном стол |
||||||||||||
рующий стержень; 4-стабилизирую- |
бе. В конструкции- |
|
||||||||||||
щи. электрод; 5-экстракюр;' |
|
источника |
предусмот |
|||||||||||
6,7-электроды ионной ловушки; |
рена |
возможность |
|
|||||||||||
8-коллектор |
|
|
|
|
|
создания |
|
перепада |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
давления |
|
между |
об |
||||
ластью |
разряда |
и областью |
ускорения пучка за счет |
раздель |
||||||||||
ной откачки |
последних, з |
также за |
счет |
охлаждения |
электро |
|||||||||
дов, на которых конденсируются пары ртути. |
|
|
|
|
|
|
||||||||
Источник обеспечивал плотность тока эмиссии ао 30 |
а/см^ |
|||||||||||||
при полной токе несколько десятков ыиллазмдер. Повышение |
|
|||||||||||||
тока за |
счег /В'-.зичеаая |
отверстия |
нз всегда |
всзмохно, |
по- |
|
||||||||
с коль к7 |
этс |
ci-risiHu |
с :-;7диостпкИ |
раздельной |
откачка и |
нод- |
- 24 -
держания необходимого перепада давления между областями разряда и ускорения пучка. Попытки увеличения плотности тока путем повышения напряжения экстракции приводили к возникновению неустойчивости эмиттирующей поверхности плазмы и нестабильности г,- лечения, обусловленных компен сацией отрицательного пространственного заряда ионами, возникающими в ускоряющем промежутке в результате ударной ионизации паров :.атода и остаточного газа.
2-2-1-3. Электронные источники на основе дугового разряда с накаленным катодом и контрагированиеы разряда
Одним из путей уве ичения выходног |
тока |
дуговых |
ис |
точников является повышение плотности |
плазмы |
за счет |
при |
менения накаленного катода и контрагирования разряда.В .ли тературе описано мно-
го конструкций таких источников, имеющих существенное различие по конструкции отдель ных узлов, но в кото рых реализуются одни и те же принципы.В ис точниках применяется такое контрагироваиие разряда, что в при-
Рис . 2 - 2 - 3 . Дуоплазмотронный источник электронов:
I-катод; 2-пронежуточный элек трод} 3-анод; 4-экстрактор;
5- эмиссионное отверстие?
6- охлаадение; 7-область сжатия разряда; 8-электромагниты
положительного столба дуги мало отличается от диаметра эмиссион ного отверстия, а кон струкция электродов разрядной камеры обес печивает снижение по терь плазменных элек тронов на их поверх ностях.
- 25 -
Примером таких источников может служить источник элек тронов дуоллаэмотронного типа. Принцип устройств дуоплазнотрона представлен на рио.2-2-3. Газоразрядная камера, в которой формируется плазма, состоит из термокатода, проме жуточного электрода и анода. При подаче на промежуточный электрод и анод положительного относительно катода потен циала между анодом и катодом зажигается дуговой разряд, ноатрагируемый промежуточным электродом, потенциал которо
го устанавливается на 10-20 |
волы ниже анодного |
потенциала. |
|
Поскольку ионная составляющая тока мала, потери |
электронов |
||
на промежуточном электроде незначительны. Ьследствие |
г е о |
||
метрического сгатиь плазмы в |
канале у апертуры |
канала |
' об |
р а з у й с я полусферический двойной электрический |
сдой, |
кото |
рый обеспечивает уплотнение плазменного шнура в результате фокусирующего воздействия слоя плазмы на электроны. Нали чие двойных электрических илоез обусловливает соответствую щее направленное движение носителей зарядов в положительном столбе. Ускорение электронов в канале промеаут.очного элект рода способствует увеличению интенсивности ионизации газа в повышения плотьости плазмы в эмиссионном отверстии* Надоае-
ние магнитного поля между |
катодом, промежуточным |
электродом |
|
в анодом способствует дополнительному уплотнению |
плазмы |
в |
|
прианодной части дугового |
разряда. Плазма вытекает через |
|
эмиссионное отверстие в промежуток извлечения, где под дей ствием поля экстрактора формируется эмиттиручдая поверх ность и производится отбор электронов.
В дуоплавмотроньом |
источнике достигается плотность то. а |
до 500 а/см^ при полном |
токе п у ч а 10 а. Регулировка извле |
ченного тока осуществляется изменением напряжения горения • разряда или потенциала промежуточно:} электроде. Иаконмальвая величина тока ограничивается обычно дду:я факторами:
тепловой нагруакой авпда и срывом |
дугового разряда, прозе- |
|
ходящим в результате снижения давленая в канале. |
||
К недостаткам |
дуоплазмогронных |
источников следует отне |
сти относительно |
высокое дездевае |
в оброти Формирования • |
плазмы (Ю~*-*10~^ тор) и езязаавые о этам трудвост» поддэ]^ жааин необходимого перепада давления. v