Увеличение электрической прочности ускоряющего промежутка электронного источника при наличии пучка

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТОМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра физики

Увеличение электрической прочности ускоряющего промежутка электронного источника при наличии пучка

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине

“Общая физика”

Студент

________

Руководитель проекта

доц. каф. физики

_______

АННОТАЦИЯ

В данном курсовом проекте приводится математическая модель, описывающая изменение параметров ускоряющего промежутка плазменного источника электронов в присутствии электронного пучка. Расчеты, проведенные с использованием данной модели, показали, что модель дает хорошее согласие с экспериментальными данными. Поставленная задача решалась при помощи ЭВМ, с использованием программы MathCAD

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение 4

2. Описание эксперимента и экспериментальной установки 6

3. Эффект возрастания электрической прочности ускоряющего

промежутка в присутствии электронного пучка 8

4. Постановка задачи 11

5. Математическая модель 12

6. Расчёт и обработка результатов 17

7. Выводы 21

Список литературы 22

Приложение 1. Программа MathCAD 23

1. ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в различных технологических процессах, таких как модификация поверхностных свойств конструкционных материалов, получение защитных покрытий, зажигание пучково-плазменного разряда для плазмохимической технологии используется электронные пучки в форвакуумном диапазоне давлений 10–100 мТорр. Для получения электронного пучка с требуемыми параметрами необходим надёжный и эффективный источник электронов, который мог бы генерировать электронный пучок при давлениях до 100 мТорр. Эта проблема может быть решена при помощи плазменных электронных источников, основанных на использовании газового разряда с “холодными” электродами. Основное преимущество систем с плазменным эмиттером по сравнению с термокатодами – возможность получать электронные пучки с требуемыми параметрами при сравнительно высоких (форвакуумный диапазон) давлениях рабочего газа.

Использование пушек с термокатодом при высоких давлениях требует громоздких и дорогих систем дифференциальной откачки для разделения областей генерации и транспортировки электронного пучка. Источником электронов в пушке с плазменным катодом является плазма газового разряда. Зажечь газовый разряд при давлении газа около 100 мТорр не составляет технической проблемы. В то же время серьёзные сложности возникают на стадии извлечения электронов из плазмы и ускорения их до требуемых энергий. Основная трудность заключается в том, что приложение напряжения между ускоряющим электродом (экстрактором) и эмиссионным электродом – электродом, в котором сделаны эмиссионные отверстия (анодом), ведёт к зажиганию разряда между двумя этими электродами; а это, в свою очередь, ведет к срыву процесса генерации пучка. Возможный способ избежать появления этого “паразитного” разряда – исключить “длинные пути” между эмиссионным электродом и экстрактором, т.е. плоская геометрия ускоряющего промежутка используется с минимальным расстоянием эмиссионный электрод – экстрактор. Электрическая прочность ускоряющего промежутка в этом случае возрастёт согласно закону Пашена. В то же время, в литературе отсутствуют сведения о систематических исследованиях, посвящённых достижению предельной электрической прочности промежутка эмиссионный электрод – коллектор плазменной электронной пушки. Также, отсутствует информации об электронных пушках с плазменным катодом, которые могли бы генерировать постоянный электронный пучок с токами около 1А и энергией порядка нескольких кэВ на уровне давлений рабочего газа около 100 мТорр.

2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

При выборе конструкции электронной пушки были учтены требования простоты и надёжности, а также, стабильной работы источника электронов при обеспечении требуемых значений тока и энергии электронного пучка, в форвакуумном диапазоне давлений рабочего газа. Анализ существующих типов плазменных электронных источников показал, что наиболее подходящий тип разряда – это разряд с полым катодом, который наиболее подходит для требуемого диапазона давлений газа.

В настоящий момент разработаны три версии электронной пушки, каждая из которых является улучшенным типом предыдущей. Основные части электронной пушки следующие: полый катод – 1; плоский анод – 2 с эмиссионным отверстием – 3 диаметром 16 мм, перекрытым сеткой; экстрактор – 4. Анод и полый катод, длиной 100 и диаметром 50 мм, изготовлены из меди. Экстрактор сделан из нержавеющей стали.

Рисунок 2.1. Конструкция макета источника электронов на основе полого катода и плоского анода.

Первые версии электронной пушки имели воздушное охлаждение. Далее, из-за серьёзного увеличения разряда и тока пучка было использовано водяное охлаждение. Электрическое питание пушки обеспечивается двумя источниками: блоком питания разряда - 2А, 1 кВ – и 1А, 10 кВ – для питания ускоряющего промежутка. Диагностирующие устройства расположены в необходимых точках электрической схемы для измерения тока I_d и напряжения U_d разряда, ускоряющего напряжения U_e , тока нагрузки высоковольтного источника – тока эмиссии I_e , тока изолированного коллектора электронов – т

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать