Плазменный источник электронов для генерации непрерывных электронных пучков в области предельных рабочих давлений форвакуумного диапазона

• Автор: Зенин, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 61 с. : 44 ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ГЕНЕРАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ ПЛАЗМЕННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ В ФОРВАКУУМНОЙ ОБЛАСТИ ДАВЛЕНИЙ
1.1 Эмиссия электронов из плазмы в форвакуумной области давлений
1.2 Влияние обратного ионного потока на условия функционирования и параметры форвакуумных плазменных источников электронов
1.3 Потенциал изолированного коллектора, облучаемого электронным пучком в форвакуумной области давлений
1.4 Электронно-лучевая обработка непроводящей керамики форвакуумными плазменными источниками
1.5 Выводы и постановка задач исследований
ГЛАВА 2 ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1 Форвакуумный плазменный источник электронов на основе разряда с полым катодом
2.2 Диагностика параметров электронного пучка и пучковой плазмы
2.2.1 Измерение тока пучка
2.2.2 Измерение диаметра пучка
2.2.3 Энергетический спектр электронов
2.2.4 Измерение параметров пучковой плазмы
2.3 Оборудование и методика для электронно-лучевой обработки непроводящей керамики
2.3.1 Электронно-лучевое спекание керамики
2.3.2 Электронно-лучевая пайка металла с керамикой
2.4 Выводы
ГЛАВА 3 ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА В ОБЛАСТИ ПОВЫШЕННЫХ ДАВЛЕНИЙ
3.1 Влияние геометрии ускоряющего промежутка на предельные параметры форвакуумного плазменного источника электронов
3.2 Формирование электронного пучка
3.3 Параметры электронного пучка и пучковой плазмы в области транспортировки

3.3.1 Диаметр пучка
3.3.2 Ток пучка
3.3.3 Энергия пучка
3.3.4 Пучковая плазма
3.4 Выводы
ГЛАВА 4 ФОРВАКУУМНЫЙ ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПУЧКОВ В ДИАПАЗОНЕ ДАВЛЕНИЙ 1-100 ПА
4.1 Конструкция источника электронов
4.2 Электронно-лучевое спекание непроводящей керамики
4.2.1 Электронно-лучевое спекание алюмооксидной керамики
4.2.2 Электронно-лучевое спекание циркониевой керамики
4.3 Электронно-лучевая пайка металла с керамикой
4.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Генерация электронных пучков при повышенных давлениях газа, вплоть до вывода пучка в атмосферу, представляет собой одно из приоритетных направлений дальнейшего развития электронно-лучевых технологий. Наиболее перспективными с точки зрения реализации этих задач представляются источники электронов с плазменным катодом. Отличительной особенностью плазменных источников электронов является, как известно, некритичность к вакуумным условиям, и как следствие, возможность их эффективного функционирования при повышенных давлениях газа. Развиваемые в последние годы, так называемые форвакуумные плазменные источники электронов обеспечивают генерацию пучков различной конфигурации в непрерывном и импульсном режимах устойчивого функционирования в ранее недоступной форвакуумной области давлений вплоть до 15—20 Па. Достижение столь высоких давлений обусловило появление новых возможностей для электронно-лучевой модификации материалов, например обработки электронным пучком керамики и других диэлектриков.
Дальнейшее продвижение форвакуумных плазменных источников электронов в область более высоких давлений представляет интерес как с точки зрения развития самой техники генерации электронных пучков, так и для новых применений электронно-лучевых технологий. Очевидно, что предельное рабочее давление электронного источника обусловлено, главным образом, пробоем ускоряющего промежутка, под которым в данном случае подразумевается зажигание в промежутке низковольтной формы разряда, делающее невозможным ускорение электронов. Такие условия реализуются при достижении параметром рс1 минимума кривой Пашена. Хотя рабочая точка р(1 в форвакуумных плазменных источниках электронов все еще находится на левой ветви кривой Пашена, тем не менее, нарушение электрической прочности ускоряющего промежутка является основной проблемой, препятствующей эффективному функционированию таких устройств при более высоких давлениях. Присутствие в ускоряющем промежутке электронного пучка, как правило, ослабляет его электрическую прочность. Наряду с самим электронным пучком, одним из существенных факторов, способных оказать влияние на устойчивость работы источников электронов, является «паразитный» высоковольтный тлеющий разряд (ВТР), возникающий в ускоряющем промежутке.
Несмотря на определенное понимание основных физических процессов, ограничивающих рабочее давление форвакуумных плазменных источников электронов, вопрос о величине предельного давления электронных источников такого типа и способах его повышения остается открытым и требует проведения специальных исследований.

Рисунок 2.7 — Схема эксперимента по измерению тока пучка: 1— плазменный источник электронов, 2- камера, 3- электронный пучок, 4— входная апертура, 5- подвижный медный коллектор, 6- заслонка, 7- термопара, 8- мультиметр.
Рисунок 2.8 - Внешний вид подвижного коллектора.
Подводимая к медному коллектору энергия пучка равна:
IV = РпМ =смтиАТ, (2.1)
где Р„ = 1„и„ - мощность пучка, Вт, Д< — время нагрева, с, см = 380 Дж / (кг-К) — удельная теплоемкость меди [51], тм = 0,389 кг — масса медного коллектора, ДТ- приращение температуры коллектора за время нагрева.
Таким образом, из формулы (2.1) можно выразить ток пучка: