Плазменный источник электронов для генерации пучка ленточной конфигурации в форвакуумном диапазоне давлений

• Автор: Федоров, Михаил Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 138 с. : ил.

ГЛАВА I. ГЕНЕРАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ БОЛЬШОГО СЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ СИСТЕМ С ПЛАЗМЕННЫМ КАТОДОМ В
ОБЛАСТИ ПОВЫШЕННЫХ ДАВЛЕНИЙ
1Л. Создание плазмы с развитой эмиссионной границей
1.2. Формирование электронных пучков большого сечения
1.3. Схемы реализации плазменных источников электронных пучков большого сечения
1.4. Транспортировка электронных пучков в области повышенных давлений
1.5. Выводы и постановка задач исследования
ГЛАВА II. ОСОБЕННОСТИ ЭМИССИИ ЭЛЕКТРОНОВ С ПРОТЯЖЕННОЙ ПЛАЗМЕННОЙ ГРАНИЦЫ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ДАВЛЕНИЯХ
2.1. Методика измерений
2.2. Особенности зажигания разряда с полым катодом в форвакуум-ном диапазоне давлений
2.3. Формирование однородной протяженной плазмы в разряде с полым катодом
2.4. Реакция параметров плазмы на отбор электронов в форвакуум-ной области давлений
2.5. Выводы

ГЛАВА III. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ УСКОРЯЮЩЕГО ПРОМЕЖУТКА ПЛАЗМЕННОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОНОВ В ФОРВАКУУМНОЙ ОБЛАСТИ ДАВЛЕНИЙ
3.1. Методика и техника эксперимента
3.2. Экспериментальные исследования электрического пробоя ускоряющего промежутка
3.3. Анализ результатов экспериментов по исследованию пробоя ускоряющего промежутка
3.3.Е Межэлектродный пробой ускоряющего промежутка
3.3.2. Плазменный пробой ускоряющего промежутка
3.4. Выводы
ГЛАВА IV. ИСТОЧНИК ЛЕНТОЧНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА НА
ОСНОВЕ РАЗРЯДА С ПРОТЯЖЕННЫМ ПОЛЫМ КАТОДОМ
4. Г Однородность параметров электронного пучка. Причины неоднородностей и пути преодоления
4.2. Конструкция источника ленточного пучка и его параметры
4.3. Некоторые применения источника ленточного пучка
4.3.1 Создание пучковой плазмы
4.3.2. Получение углеродных покрытий разложением метана электронным пучком
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Современное состояние и дальнейшее совершенствование технологий модификации поверхностных свойств конструкционных материалов, связанных с использованием электронных пучков, стимулирует разработку новых источников электронов. Существующие электронные пушки генерируют электронные пучки с широким спектром рабочих параметров и применяются в различных технологических процессах - термической обработке, пайке, электронно-лучевой сварке, осаждении покрытий, получении новых материалов, плазмохимической технологии и т.д. Ряд технологических задач, например, плазмохимическое травление, плазмохимическое осаждение покрытий требует создания однородной плазмы большой (порядка 1 м2) площади. Одним из наиболее перспективных способов формирования такого плазменного образования оказывается ионизация газа электронным пучком ленточной конфигурации. Поскольку эффективная передача энергии пучка газу и достижение приемлемой концентрации плазмы возможны при достаточно высоких (1-100 Па) давлениях, то становится очевидной сложность использования для этих целей термокатодного электронного источника. Альтернативное решение состоит в применении плазменного источника, основанного на эмиссии электронов из плазмы газового разряда. Традиционный диапазон рабочих давлений большинства современных плазменных электронных источников находится в пределах 10'3-1 Па. Создание электронной пушки, надежно функционирующей и обеспечивающей стабильные характеристики электронного пучка при более высоких давлениях - в форвакуумном диапазоне (1-25 Па), позволило бы существенно расширить возможности установок электронно-лучевой технологии, а также отказаться от использования двухступенчатых систем откачки, использующих диффузионные или турбомолекулярные насосы. В первую очередь, это относится к установкам плазмохимической технологии, так как производительность и рентабельность таких технологий опре-

ходной апертуры катода была достаточно большой для проникновения электрического поля внутрь, но в то же время достаточно малой по сравнению со всей внутренней поверхностью катода. Увеличение же внутренней поверхности полости - не самое лучшее решение, так как для создания плотной плазмы целесообразнее использовать полости небольших размеров.
В существующих плазменных электронных источниках, использующих разрядные системы с полым катодом [62] и работающих при давлениях 10'2-10'3 Па, задача зажигания разряда решается либо комбинированием разряда с полым катодом с другими типами разряда, например, пеннингов-ским или магнетронным [63, 64] , либо с помощью кратковременного напуска газа в катодную полость [65]. Последний способ стимулирует проникновение разрядной плазмы в полость, причем дальнейшее существование полокатодного разряда возможно и при рабочих давлениях без дополнительного напуска газа. Этот способ, однако, не всегда удобен хотя бы потому, что при случайном погасании разряда его повторное зажигание требует сложных манипуляций с достаточно инерционной системой напуска плазмообразующего газа. Для реализации пеннинговского или маг-нетронного разрядов, предназначенных для создания у входной апертуры катодной полости плазмы достаточно высокой концентрации, требуются дополнительные электроды, а также достаточно сильное ( ~ 0,1 Тл) магнитное поле. Как правило, это поле создается постоянными магнитами, требующими для сохранения магнитных свойств постоянного и эффективного охлаждения. Без сомнения это усложняет конструкцию устройства и снижает его надежность. Иной способ инициирования и поддержания разряда с полым катодом при пониженных давлениях заключается в инжек-ции в полость электронов, произведенных в отдельном газоразрядном источнике [6, 9, 13, 28, 66]. Ключевым моментом в таком способе является напуск газа во вспомогательный источник, сообщающийся с основной разрядной камерой через достаточно малое эмиссионное отверстие. Благодаря