Плазменный источник электронов для генерации сфокусированных непрерывных электронных пучков в форвакуумной области давлений

• Автор: Жирков, Игорь Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 119 с. : ил.

ГЛАВА 1. ГЕНЕРАЦИЯ СФОКУСИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМ С ПЛАЗМЕННЫМ КАТОДОМ, ФУНКЦИОНИРУЮЩИХ В ОБЛАСТИ ПОВЫШЕННЫХ ДАВЛЕНИЙ ГАЗА

1.1. Инициирование разряда низкого давления с полым катодом

1.2. Формирование эмиссионной границы плазмы в источниках с высокой плотностью электронного тока

1.3. Формирование узкосфокусированных пучков

1.4. Источники электронов с плазменным катодом для генерации сфокусированных пучков при повышенных давлениях

1.5. Выводы и постановка задач исследования

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1.Экспериментальный макет форвакуумного плазменного источника электронов на основе разряда с полым катодом

2.2.Диагностика параметров электронного пучка и пучковой плазмы

2.3.Особенности инициирования разряда в плазменном источнике электронов в

области повышенных рабочих давлений

2.4.Вывод ы
ГЛАВА 3. ЭМИССИЯ ЭЛЕКТРОНОВ ИЗ ПЛАЗМЫ И ГЕНЕРАЦИЯ СФОКУСИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ В ФОРВАКУУМНОЙ ОБЛАСТИ ДАВЛЕНИЙ
3.1.Особенности формирования эмиссионной границы плазмы
3.2.Влияние аксиально-симметричного магнитного поля на отбор электронов и электрическую прочность в ускоряющем промежутке
3.3.Особенности генерации электронных пучков с высокой плотностью тока в форвакуумном диапазоне давлений
3.4.Процессы, сопровождающие транспортировку электронного пучка
3.5.Вывод ы

ГЛАВА 4. ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ СФОКУСИРОВАННОГО ПУЧКА В ФОРВАКУУМНОЙ ОБЛАСТИ ДАВЛЕНИЙ
4.1 .Конструктивные особенности электронного источника
4.2.Тепловой режим электродной системы плазменного источника электронов... 86 4.3.Эксплуатационные параметры и характеристики источников
4.4.Некоторые применения источника
4.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Способность источников электронов с плазменным катодом сохранять работоспособность в области повышенных давлений, а также в присутствии химически агрессивных сред, не только делает предпочтительным их использование в электронно-лучевых технологиях модификации поверхностных свойств материалов, но и значительно расширяет область применения электронных пучков. Одним из наиболее перспективных направлений развития источников электронов такого типа является «прорыв» в так называемую форвакуумную область давлений (порядка 1-15 Па), достигаемой при использовании лишь механических средств откачки. В проведенных ранее исследованиях была показана принципиальная возможность получения ускоренных электронных пучков в форвакуумной области давлений. В результате было создано несколько разновидностей форвакуумных плазменных источников электронов, обеспечивающих генерацию непрерывных пучков цилиндрической и ленточной конфигураций.
Ряд принципиальных технологических применений электронных пучков требует существенного повышения в форвакуумной области давлений удельных параметров воздействия электронов, например плотности мощности электронного пучка. Такая задача может быть, очевидно, решена в результате повышения плотности эмиссионного тока электронного пучка и его последующей фокусировки. По аналогии с плазменными источниками сфокусированных электронных пучков, функционирующими в традиционной области давлений (менее 0.1 Па), и для форвакуумной области принципиальным является ограничение размеров эмиссионной поверхности плазмы до минимально возможных значений. В предельном случае отбор электронов осуществляется из одиночного эмиссионного отверстия (канала). В форвакуумной области давлений при генерации сфокусированных электронных пучков следует ожидать проявления особенностей образования плазменной эмиссионной границы, отбора и ускорения электронов, формирования электронного пучка и его фокусировки, а также транспортировки пучка. Очевидно также, что достижение более высокой плотности мощности электронного пучка не может не влиять на электрическую прочность ускоряющего промежутка.
Таким образом, тематика диссертационной работы, посвященная исследованию особенностей генерации в форвакуумном плазменном источнике электронов сфокусированных электронных пучков, представляется, несомненно, актуальной.
Цель работы состояла в проведении комплекса исследований эмиссионных свойств плазмы, создаваемой в тлеющем разряде с полым катодом в форвакуумной области давлений, и рассмотрении особенностей генерации электронного пучка с высокой

увеличением прозрачности вспомогательных отверстий. Фотографии ускоряющего промежутка (рис. 2.24) и радиальные распределения тока пучка (рис. 2.25) снятые при помощи методики описанной в пункте 2.2, иллюстрируют сужение электронного пучка до размеров эмиссионного отверстия по мере уменьшения прозрачности, что свидетельствует о возможности инициирования разряда с полым катодом в источнике электронного пучка малого (~1 мм2) сечения без дополнительного напуска газа[83]. Уменьшение прозрачности до величин, меньших 1 %, делает ионное инициирование разряда практически невозможным.
О, % О, %
Рисунок 2.23 — Зависимости напряжений зажигания от прозрачности вспомогательных отверстий: а — зависимость разрядного напряжения зажигания V(иа= 5кВ); б — зависимость ускоряющего напряжения зажигания С/а2()У/= 600В).
Анод І Анод а Анод
Экстрактор 2і Экстрактор б Экстрактор В
Рисунок 2.24 - Фотографии ускоряющего промежутка при различной геометрической прозрачности вспомогательных отверстий: а - 2 (16%); 6-4 (3%); в - 5 (1%).