Формирование и фокусировка интенсивных электронных пучков в электронно-оптической системе с плазменным эмиттером

• Автор: Корнилов, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 142 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СИСТЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ФОКУСИРОВКИ ИНТЕНСИВНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ В ЭЛЕКТРОННЫХ ИСТОЧНИКАХ
1.1. Электронно-оптические системы термокатодных электронных источников
1.2. Особенности электронно-оптической системы с плазменным эмиттером
1.3. Свойства плазменного эмиттера
1.4. Формирование и фокусировка пучков в электронно-
оптической системе с плазменным эмиттером. Предельные возможности фокусировки
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ГАЗОВОГО РАЗРЯДА НА ФОРМИРОВАНИЕ И ФОКУСИРОВКУ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ
2.1. Методики модельного и экспериментального исследований влияния магнитного поля на пространственные характеристики
электронного пучка
2.2. Формирование и фокусировка электронного пучка в
электронно-оптической системе с экранированным от магнитного поля плазменным эмиттером
2.3. Формирование и фокусировка электронного пучка в
электронно-оптической системе с неэкранированным от магнитного поля плазменным эмиттером
2.4. Практические рекомендации по созданию оптимального магнитного поля в области формирования пучка в электронных источниках с плазменным эмиттером
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ГАЗА В ОБЛАСТИ УСКОРЕНИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ И ФОКУСИРОВКУ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ
3.1. Методики экспериментального исследования влияния потока газа в области формирования на энергетический спектр и
пространственные характеристики электронного пучка
3.2. Влияние потока газа в области формирования на
энергетический спектр сфокусированного электронного пучка в источнике с плазменным эмиттером
3.3. Практические рекомендации по созданию оптимальных условий откачки газа, напускаемого в разрядную камеру электронного источника с плазменным эмиттером
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 4. ВОПРОСЫ РАЗРАБОТКИ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОНОВ С ПЛАЗМЕННЫМ ЭМИТТЕРОМ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХТОНКИХ СФОКУСИРОВАННЫХ ПУЧКОВ
4.1. Электронный источник с плазменным эмиттером для
использования в режиме термически нагруженной разрядной камеры
4.2. Электронный источник с плазменным эмиттером для
получения остросфокусированных электронных пучков
4.3. Устройство визуализации и наведения электронного луча в отраженных электронах
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Настоящая работа посвящена исследованию формирования и фокусировки интенсивных электронных пучков в электронно-оптической системе с плазменным эмиттером и направлена на создание электронных источников, формирующих остросфокусированные пучки с высокой плотностью мощности.
В последние годы в отечественном приборостроении наблюдается процесс возврата к высокоэффективным технологиям, созданию которых в прошлом во многом способствовало развитие оборонной промышленности. Термическое воздействие на материалы и сплавы электронными пучками относится к таким технологиям.
Электронный луч, вследствие малых размеров и большой плотности мощности, представляет собой уникальный технологический инструмент. Важной особенностью электронно-лучевых технологий является высокая повторяемость и воспроизводимость результатов термического воздействия, что открывает возможность практически полной автоматизации процессов. Эти факторы в совокупности с недостаточным для удовлетворения спроса объемом выпускаемого в России электронно-лучевого оборудования определяют инвестиционную привлекательность разработок, направленных на создание современного оборудования.
Источники электронных пучков, применяемые в промышленности для термического воздействия на металлы и сплавы, должны обеспечивать стабильные энергетические и пространственные параметры электронного пучка в течение длительного времени. В реальных условиях промышленного производства действует целый ряд дестабилизирующих факторов, таких как «технический» вакуум, направленный парогазовый поток из области расплава, частые разгерметизации рабочей камеры установки, в том числе и аварийные. В этих условиях источники с плазменным эмиттером, не имея

1.4. Формирование и фокусировка пучков в электроннооптической системе с плазменным эмиттером. Предельные возможности фокусировки
Процессы формирования и фокусировки электронного пучка в электронно-оптической системе с плазменным эмиттером имеют особенности, обусловленные зависимостью положения, величины и формы плазменной эмиссионной поверхности от плотности эмитирующей плазмы и проникающего в эмиссионный канал высоковольтного электрического поля.
Как показано в разделе 1.2 диссертационной работы, в электроннооптической системе с плазменным эмиттером можно выделить три режима отбора электронов, каждый из которых соответствует определенному положению эмитирующей поверхности плазмы в канале или вне его. Переход из одного режима в другой происходит при изменении напряженности ускоряющего электрического поля, вызывающего перемещение эмитирующей поверхности плазмы. При этом меняются параметры этой поверхности, такие как форма, размер и концентрация плазмы на границе эмиссии. Подвижность границы эмиссии и связанное с подвижностью изменение ее параметров проявляются в свойствах электронного пучка, что демонстрируется расчетами.
На рисунке 1.9 показаны траектории электронов 5, положение и форма эмитирующей поверхности плазмы 1 рассчитанные в программе ВеатСАЛ [70] при различных значениях напряжения между эмиттерным 3 и ускоряющим 4 электродами. В расчетах учитывался пространственный заряд в пучке, температура эмитированных электронов и наличие слоя пространственного заряда 2, отделяющего плазму от стенок эмиссионного канала. Электродная схема имеет симметрию относительно продольной оси г, поэтому на рисунках показана лишь часть общего вида электродов, полей и траекторий электронов.