Форвакуумный плазменный источник ленточного электронного пучка с повышенной плотностью тока на основе разряда с протяженным полым катодом

• Автор: Климов, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 111 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПЛАЗМЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОНОВ, ФОРМИРУЮЩИЕ ПУЧКИ БОЛЬШОГО СЕЧЕНИЯ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ДАВЛЕНИЯХ
1.1. Принципы формирования пучков большого сечения в системах с плазменными катодами
1.2. Неоднородности и неустойчивости, наблюдающиеся в разрядах низкого давления
1.3. Особенности формирования пучков большого сечения плазменными источниками в форвакуумной области давлений
1.4. Выводы и постановка задач исследования
ГЛАВА 2. НЕУСТОЙЧИВОСТИ В РАЗРЯДНОЙ СИСТЕМЕ С ПРОТЯЖЕННЫМ ПОЛЫМ КАТОДОМ ФОРВАКУУМНОГО ПЛАЗМЕННОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОНОВ
2.1.Техника эксперимента и методика измерений
2.2.Неоднородности параметров плазмы в разряде с протяженным полым катодом
2.3.Формирование плазмы с повышенной плотностью вблизи эмиссионной границы
2.4.Вывод ы
ГЛАВА 3. ФОРМИРОВАНИЕ В ФОРВАККУМНОЙ ОБЛАСТИ ДАВЛЕНИЙ ЛЕНТОЧНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА ПРИ ИЗВЛЕЧЕНИИ ЭЛЕКТРОНОВ ИЗ РАЗРЯДА С ПРОТЯЖЕННЫМ ПОЛЫМ КАТОДОМ
3.1 .Техника эксперимента и методика измерений
3.2.Разряд с неоднородным протяженным полым катодом в источнике ленточного электронного пучка
3.3.Анализ разрядных процессов в составной катодной полости
3.4.Выво д

ГЛАВА 4. ФОРВАКУУМНЫЙ ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ЛЕНТОЧНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА С ПОВЫШЕННОЙ ПЛОТНОСТЬЮ ТОКА НА
ОСНОВЕ РАЗРЯДА С ПРОТЯЖЕННЫМ ПОЛЫМ КАТОДОМ
4.[.Конструктивные особенности электронного источника
4.2.Характеристики электронного источника и его эксплуатационные параметры
4.3.Применение источника ленточного пучка для обработки
высокотемпературных диэлектриков
4.3.1. Потенциал изолированной мишени при ее облучении электронным пучком в области повышенных давлений
4.3.2. Особенности взаимодействия электронного пучка с диэлектрической мишенью
4.3.3. Плавка и сварка керамики
4.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение
Повышение производительности установок, предназначенных для электроннолучевой обработки больших поверхностей, требует создания источников пучков большого сечения, в частности пучков ленточной конфигурации. Среди подобных источников особый интерес представляют устройства, способные генерировать пучок в условиях предварительного вакуума или форвакуума, достигаемого использованием лишь механических средств откачки.
В проведенных ранее исследованиях была показана принципиальная возможность создания источника ленточного электронного пучка способного функционировать в фор-вакуумной области давлений (1-15 Па). Было установлено, что в этой области давлений однородность ленточного электронного пучка, формируемого плазменным источником электронов, определяется не только процессами генерации эмиссионной плазмы, но и влиянием обратного потока ионов, образованных в ускоряющем промежутке и области транспортировки электронного пучка. Между ионным потоком и плотностью эмиссионной плазмы существует положительная обратная связь, многократно усиливающая локальную неоднородность эмиссионного тока. На основе проведенных исследований был создан не имеющий аналогов простой и надежный электронный источник с плазменным катодом, который в форвакуумном диапазоне давлений позволяет получать электронный пучок ленточной конфигурации со стабильными параметрами. Формирование пучка осуществляется за счет эмиссии электронов из разряда с полым катодом в остаточной атмосфере вакуумной камеры без использования напуска газа и системы дифференциальной откачки. На базе разработанного источника реализован так называемый плазменнопучковый разряд, а также показана возможность применения такого генератора плазмы в технологии осаждения покрытий.
Несмотря на то. что сам факт генерации ленточного электронного пучка в форваку-умной области давлений представляет собой «прорыв» в развитии плазменной эмиссионной электроники, достигнутые плотности тока пучка (10 мА/см2), тем не менее, оказались все же недостаточными для ряда принципиальных применений. Это делает задачу поиска путей увеличения плотности тока ленточного электронного пучка, генерируемого в фор-вакуумной области давлений, актуальной как в физическом аспекте, так и с точки зрения практического использования таких электронных пучков.
Цель работы состояла в проведении комплекса исследований, направленных на повышение плотности тока, генерируемого плазменным источником ленточного пучка электронов в форвакуумной области давлений. В задачу работы также входила модерни-

источником цилиндрического пучка, которые показали, что рост плотности тока при сохранении эффективности извлечения электронов может быть достигнут в результате одновременного уменьшения размеров эмиссионного окна в аноде и выходной апертуры катодной полости. Физическая причина этого состоит в увеличении отношения площади эмиссионного окна к площади области анода, на которую собирается электронный ток из катодной полости. Указанные факты вызвали предположение, что соответствующее увеличение плотности эмиссионного тока в случае ленточного пучка можно достичь аналогичным образом. Как показали эксперименты уменьшение ширины эмиссионного окна в аноде приводит к незначительному повышению плотности тока (рис. 2.7), при этом абсолютное значение тока, а также эффективность извлечения резко уменьшаются. Неоднородности в распределении плотности тока по пучку превышают 50% (рис. 2.8).
Р А/см2

50-1 т т т
2 4 6 8 10 с1, мм
Рисунок 2.7 -1 - 1ц = 0,4 А,
График зависимости плотности эмиссионного тока от ширины щели в аноде иа= 4 кВ; 2 — 1ц = 0,4 А, ГГа = 6 кВ; 3 - 1ц = 0,6 А, иа =4 кВ, давление 8 Па.
мА/см

Рисунок 2.8 - Распределение плотности тока по сечению пучка. Ток разряда 0,4 А, ускоряющее напряжение 4 кВ, давление 8 Па, ширина эмиссионного окна в аноде 4 мм.