Электронно лучевая пушка: Каталог разработок ТУСУРа | Электронно-лучевая вневакуумная система с плазменным эмиттером — Лазерная резка металла от "ТМК" Ярославль (Тутаев)

Содержание

Каталог разработок ТУСУРа | Электронно-лучевая вневакуумная система с плазменным эмиттером

Описание

Сфокусированный электронный луч является источником тепловой энергии с высокой удельной мощностью и используется для термического воздействия на различные материалы. Большинство технологий базируется на вакуумном применении луча. Однако в некоторых случаях обеспечение вакуума становится процессом дорогостоящим, например, при обработке крупногабаритные деталей. Альтернативой могут выступить вневакуумные применения луча. Выведенный в атмосферу электронный луч используется для сварки, резки металлических изделий, для электроннолучевой наплавки покрытий на металлы и других технологий.

В большинстве вневакуумных электронно-лучевых устройств применяются термокатодные пушки. В области термокатода поддерживается высокий вакуум, а вывод пучка в атмосферу производится через систему дифференциальной откачки.

Система вывода при этом получается сложной по конструкции и дорогостоящей. Создано простое, энергоэффективное и конкурентноспособное промышленное оборудование – устройство вывода сфокусированных пучков в атмосферу с использования пушки с плазменным эмиттером. Применение таких пушек в устройствах с выводом пучка в атмосферу особенно выгодно. Для их надёжной работы достаточен начальный вакуум на порядок ниже, чем того требуют термокатодные пушки. Следовательно, более простой является система вывода пучка в атмосферу.

Технические характеристики

Режим работы: непрерывный
Тип эмиттера электронов: плазменный

Максимальное ускоряющее напряжение: 120 кВ
Максимальный ток пучка: 200 мА
Фокусировка пучка: электромагнитная
Тип системы вывода пучка в атмосферу: газодинамическая откачка
Количество ступеней откачки: 2
Создаваемый перепад давления: от 0,0005 до 760 мм рт. ст.
Токопрохождение: не менее 80 %
Транспортное расстояние в атмосфере: не менее 1 см

Преимущества

Использована электронная пушка с плазменным катодом, не имеющим накаленных электродов. Это даёт следующие преимущества перед аналогами:

низкую чувствительность катода к воздействию металлических и газовых паров металлов из технологической зоны,
повышенный ресурс,
простую систему вывода пучка в атмосферу.

Область применения

Машиностроение
Авиастроение
Ядерная промышленность
Металлургия

Другие отрасли промышленности, в которых используется обработка металлов и сплавов

Правовая защита

Патент на полезную модель №159300. Электронный источник с плазменным эмиттером. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей 22.05.2015 г.
Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2016663168. Программа для управления перемещением координатного стола двухосевого (XY) манипулятора в составе электронно-лучевой вневакуумной установки с плазменным эмиттером. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 29.11.2016г

Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2016662978. Программа для управления электронной пушкой с плазменным эмиттером в составе электронно-лучевой вневакуумной установки с плазменным эмиттером. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 28.11.2016г
Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2016662899. Программа для стабилизации тока разряда и напряжения смещения в разрядной камере электронной пушки с плазменным эмиттером Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 25. 11.2016г.
Патент на полезную модель №175600. Источник электронов. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей 14.12.2016г
Патент на изобретение №2650101. Способ генерации и вывода электронного пучка в область высокого давления газа, до атмосферного. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений 14.12.2016г.

Упоминание разработки

ТУСУР и «Роснано» провели успешные испытания оборудования мирового уровня

В ТУСУР впервые в мире создано устройство вывода электронного пучка в атмосферу на основе электронной пушки с плазменным эмиттером

Разработка ТУСУР представлена на Российско-Китайской Экспо

Предприятие, созданное на основе разработки учёных ТУСУР, займётся созданием оборудования для электронно-лучевой обработкой металлов

ТУСУР принимает участие в создании Национальной исследовательской сети цифрового производства

Электронная пушка высоковольтного тлеющего разряда — Энергетика и промышленность России — № 12 (64) декабрь 2005 года — WWW.

EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 12 (64) декабрь 2005 года

Метод использования высоковольтного тлеющего разряда для создания электронных пушек с холодным катодом известен уже более трех десятилетий. В России исследования в этом направлении были начаты во Всесоюзном электротехническом институте еще в 1963 году, первые научные публикации появились в 1970 г.

Сегодня институт, являясь пионером в области создания электронных пушек высоковольтного тлеющего разряда (ВТР), является единственным в мире предприятием, серийно их выпускающим. Мощные газоразрядные электронные пушки нашли применение на заводах России, Украины и Эстонии.

Обладая серьезными преимуществами – простотой изготовления, надежностью и большим эксплуатационным ресурсом (особенно в тяжелых вакуумных условиях), пушки ВТР позволяют, с одной стороны, реализовать технологии, недоступные для традиционных электронных пушек и вакуумной дуги, с другой – резко снизить расходы при создании и эксплуатации любых электронно-лучевых установок.

Устройство электронной пушки

Электронная пушки ВТР 200‑300/25 предназначена для нагрева, плавления, испарения и модификации материалов в условиях технологических установок как высокого, так и низкого вакуума. Пушка работает от любого источника напряжения. Источников питания накала при этом не требуется. Регулирование мощности обеспечивается в пределах от 0 до 300 кВт изменением подачи рабочего газа – технического водорода или изменением величины питающего напряжения.

Возможно применение и других газов: воздуха, азота, кислорода, инертных газов. Но максимальная мощность при этом может снизиться более чем в 2 раза.

Пушка обеспечивает стабильную работу любой установки при вакууме в технологической камере не хуже 0,02 мм. рт. ст. в среде любого газа и без промежуточной откачки.

Возможные применения: замена термоэлектронных пушек на существующих и вновь создаваемых технологических электронно-лучевых установках для нагрева, плавления, испарения и модификации материалов, особенно в тяжелых вакуумных условиях и агрессивных средах.

В состав устройства электронной пушки входят анодный узел, катодный узел, узел ввода высокого напряжения и охлаждения катода, датчик ионизационного манометра и штепсельный разъем системы управления электронным лучом.

Анодный узел включает в себя охлаждаемый водой корпус анода, на котором смонтированы отклоняющая система, магнитная линза, датчик ионизационного манометра, измеряющего давление в пушке, и штепсельный разъем для подсоединения кабеля от блока управления электронным лучом к пушке. Магнитная линза и отклоняющая система закрыты защитным кожухом.

Узел ввода высокого напряжения содержит кабельный высоковольтный разъем и «водяной реостат» для безопасного охлаждения катода, находящегося под высоким потенциалом.

Принцип действия

При повышении рабочего давления в пушке до уровня 0,01‑0,1 мм рт. ст. и при приложении высокого напряжения (1‑30 кВ) между катодом и анодом в разрядном пространстве пушки в среде рабочего газа развивается высоковольтный тлеющий разряд.

Для этого типа разряда характерно наличие в разрядном пространстве двух примыкающих друг к другу областей: области плазмы, заполняющей полость анода, и области катодного падения потенциала между рабочей (вогнутой) частью поверхности катода и плазмой. В области катодного падения сосредоточено практически все напряжение разряда.

Вытягиваемые электрическим полем катодного падения с границы плазмы положительные ионы, двигаясь к катоду, претерпевают многократную перезарядку, в результате чего поверхность катода бомбардируется потоком ионов и быстрых нейтральных частиц (атомов и молекул), вызывающих эмиссию электронов и, к сожалению, нагрев катода. Электроны, ускоряясь в области катодного падения, формируются в сходящийся электронный луч, ионизуя при этом рабочий газ в разрядном пространстве и обеспечивая этим существование плазмы и дополнительного потока ионов в сторону катода. Электронный луч выводится из разрядного пространства в технологическую камеру через анодное отверстие, попадая по дороге в магнитные поля магнитной линзы и отклоняющей системы, с помощью которых осуществляется его фокусировка, развертка и перемещение на мишени.

Технические характеристики

Эмиссия катода электронной пушки ВТР зависит от рабочего давления и напряжения на электродах и не подчиняется закону ограничения тока пространственным зарядом электронов, то есть первеанс такой пушки не является постоянной величиной. При высоких напряжениях (более 20 кВ) эмиссионная способность электронной пушки ВТР существенно опережает возможности традиционных электронных пушек с накаленным катодом.

С точки зрения затрат энергии на создание электронного луча эмиссионную способность электронной пушки ВТР характеризует также величина доли тепловой мощности, выделяемой на катоде вследствие бомбардировки ионами и нейтралами.

Эта величина, как показали многочисленные эксперименты на электронных пушках ВТР различных конструкций, зависит от материала катода, рабочего газа и напряжения на электродах.

Особенностью мощных электронных пушек ВТР является наличие протока рабочего газа, обеспечивающего необходимое для поддержания разряда давление в разрядном пространстве пушки. Из‑за сильной зависимости параметров разряда от давления газа последнее должно поддерживаться строго определенным, чтобы уменьшить или исключить влияние на электрические характеристики электронного луча непрерывно меняющихся вакуумных условий в технологической камере.

В отличие от термоэлектронной пушки для пушки ВТР характерно постоянство давления в разрядном пространстве с ростом давления в технологической камере до некоторой критической величины, зависящей от условий истечения рабочего газа через отверстие для вывода электронного луча в технологическую камеру.

Независимость давления в разрядном пространстве пушки ВТР от давления в технологической камере объясняется существованием в анодном отверстии потока рабочего газа со скоростью равной скорости звука, поэтому возмущения давления, распространяющиеся, как известно, в газовой среде со скоростью звука, не могут пройти против этого потока в полость анода и воздействовать на давление в разрядном пространстве.

Электронные пушки ВТР, несмотря на отсутствие собственной системы откачки, обладают существенным, по сравнению с традиционными пушками запасом устойчивости против воздействия газовыделения со стороны технологической камеры.

Энергоблок на основе электронной пушки

Для обеспечения работы электронной пушки ВТР необходим ряд систем, обеспечивающих электропитание, охлаждение и откачку пушки, а также подачу рабочего газа и измерение параметров пушки во время работы.

Кроме того, необходимы управление электронным лучом, блокировка высокого напряжения при различных аварийных и нерасчетных режимах.

Система электропитания может быть собрана по любой из известных схем регулируемого или нерегулируемого выпрямителя с максимальной защитой и кратностью тока короткого замыкания не более 2‑3. Наличие газоразрядного промежутка в пушке влечет за собой, с одной стороны, существенно большую частоту пробоев (обычно – один в 0,1‑1 мин.), с другой стороны, из‑за малого времени восстановления электрической прочности при отключении источника питания позволяет резко уменьшить длительность паузы при автоматическом повторном включении (до 0,1‑1 мс).

При использовании источника питания с тиристорным контактором оптимальное время паузы при автоматическом повторном включении составляет 5‑10 мсек, при этом длительность режима короткого замыкания обычно не превышает 35 мсек. Даже при частости пробоев один в 1 мин. снижение средней мощности пушки при ведении технологического процесса не превышает 1%.

Существенно нелинейная вольт-амперная характеристика пушки позволяет полностью избежать проблемы перенапряжений источника питания при переходных режимах.

Система управления электронным лучом электронной пушки ВТР 200‑300/25 ничем не отличается от традиционных систем с одной магнитной линзой и отклоняющей системой, за исключением неэлектрического способа регулирования мощности электронного луча изменением расхода рабочего газа через разрядное пространство пушки.

Конструкция отклоняющей системы позволяет работать на частотах развертки до 500 Гц.

Система подачи рабочего газа очень проста и обычно состоит из источника рабочего газа (генератора газа или баллона), подсоединенного к пушке через редуктор и дозирующий вентиль, с помощью которого осуществляется установка и регулирование рабочих режимов пушки. Практика эксплуатации плавильных установок с бустерными насосами показывает, что доля потока рабочего газа пушки в общем потоке откачиваемого из технологической камеры газа редко превышает 10%.

Тепловыделение на электродах пушки при максимальных и неблагоприятных режимах может достигать 10‑15 кВт, что требует интенсивного принудительного водяного охлаждения как катода, так и анода.

При работе электронно-лучевой установки с пушкой ВТР измерениям подлежат: ток разряда, ускоряющее напряжение, предельный и рабочий вакуум пушки, а также предельный и рабочий вакуум в технологической камере. Для измерения тока и напряжения пушки могут использоваться любые электроизмерительные методы и приборы; при этом желательно использовать и самописцы – это позволяет более достоверно оценивать состояние пушки, особенно после аварийных или нестандартных ситуаций.

Опыт эксплуатации

В настоящее время в России произведено более 200 электронных пушек ВТР. Накоплен опыт эксплуатации пушек этого типа при переплаве реакционных металлов и их отходов – на уровне мощности до 300 кВт, а также опыт применения в установках высокопроизводительного (до 20 мкм/мин) напыления алюминиевых контактных покрытий на кремний при производстве силовых полупроводниковых приборов – на уровне мощности до 60 кВт.

Сегодня находятся в промышленной эксплуатации 18 электронных пушек на девяти плавильных и одной напылительной электроннолучевой установках.

Применение электронных пушек ВТР в плавильных установках позволяет повысить производительность этих установок, по сравнению с термоэлектронными пушками, не менее чем в 2 разапаряющихся материалов и т.п.

Пушка электронно-лучевая — Энциклопедия по машиностроению XXL

Электронные пушки. Электронно-лучевая пушка предназначена для создания электронного луча, который и служит источником сварочной теплоты. Параметры электронного луча, соответствующие технологическому процессу сварки, определяют основные требования к конструкции электронной пушки. [c.195]

Пушка электронно-лучевая 409, 410 [c.490]

Этот аппарат, который главным образом используется для исследований по коррозии, смазке, катализу и т.д., не отличается в принципе от электронного микроскопа и имеет те же существенные элементы (электронная пушка, электронно-лучевая трубка, электромагнитные катушки, держатель образца и т. д.). Более того, следует отметить, что некоторые электронные микроскопы могут быть оснащены дифракционной камерой, и, следовательно, выполнять двойную функцию (визуальное наблюдение и получение дифракционной картины). [c.106]

Таким образом, исходя из конструктивных особенностей установок, нижней допустимой границей давления (вакуума) для электронно-лучевых установок следует считать 1-10 Па. В реальных условиях давление стараются довести до 10 … Ю» Па, так как при ухудшении вакуума в электронной пушке резко увеличивается число ионизированных электронами ионов остаточных газов и это может привести к пробою промежутка между анодом и катодом пушки. [c.111]

В отличие от черно белого телевизора экран кинескопа цветного телевизора покрыт кристаллами люминофоров трех сортов. Одни кристаллы при попадании на них электронного луча светятся красным светом, другие — синим, третьи — зеленым. Эти кристаллы расположены па экране в строгом порядке. Сигналы поступают от телевизионного передатчика к трем электронно-лучевым пушкам. [c.258]

Электронно-лучевые печи применяются для получения особо чистых сталей, тугоплавких металлов и сплавов. В электронно-лучевых печах (рис. 3.31) происходит превращение кинетической энергии разогнанных до больших скоростей электронов в теплоту при их ударе о поверхность нагреваемого металла. Электроны генерируются электронной пушкой при глубоком вакууме (около 0,1 Па). КПД электронно-лучевой печи составляет 8 —10 %. [c.175]

Электронно-лучевые установки. При электронно-лучевом нагреве поток электронов, сформированный в электронной пушке и направленный на паяемые поверхности, имеет мощность, [c.180]

В установках для электронно-лучевой сварки электроны, испускаемые катодом I электронной пушки, формируются в пучок электродом 2, расположенным непосредственно за катодом, ускоряются под действием разности потенциалов между катодом и анодом 3, составляющей 20. .. 150 кВ и выше, затем фокусируются в виде луча и направляются специальной отклоняющей магнитной системой 5 на обрабатываемое изделие б. На формирующий электрод 2 подается отрицательный или нулевой по отношению к катоду потенциал. Фокусировкой достигается высокая удельная мощность луча (5 10 кВт/м и выше). Ток электронного луча невелик — от нескольких миллиампер до единиц ампер. [c.243]

В сварочных установках (рис. 131) электронно-лучевая пушка 1, соединенная с источником питания 2, встраивается в вакуумную камеру [c.252]

Как получают свободные электроны в электронно-лучевых пушках и от чего зависит плотность тока эмиссии [c.253]

Между какими деталями электронно-лучевой пушки прикладывают ускоряющее напряжение [c.254]

Какова роль фокусирующей системы электронно-лучевой пушки [c.254]

Формируемые в результате электронно-лучевой обработки поверхности определяются траекторией взаимного перемещения луча и детали. Устанавливаемый в рабочей камере манипулятор позволяет придавать заготовке поступательное и вращательное движение, а установленная в электронной пушке электромагнитная система развертки позволяет сканировать (перемещать) электронный пучок по заданному контуру. [c.614]

Установки для электронно-лучевой сварки состоят из следующих узлов вакуумной камеры с откачной системой сварочной электронной пушки, создающей электронный луч сварочного стола в системе перемещения деталей источника силового питания электронной пушки системы управления установкой. В зависимости от размеров свариваемого изделия в электронно-лучевых установках используют камеры соответствующих размеров, позволяющие перемещать изделие для получения сварных швов заданной конфигурации. [c.194]

Рабочие камеры. Ввиду необходимости создания вакуума в камере, где образуется и формируется поток электронов, в большинстве случаев при электронно-лучевой сварке и само изделие размещают внутри вакуумной камеры, чтобы устранить рассеяние электронов. Это также обеспечивает хорошую защиту металла щва. Но, с другой стороны, при этом существенно ограничиваются возможности применения такого способа сварки главным образом вследствие ограничения размеров свариваемых изделий и малой производительности процесса, так как много времени уходит на подготовку деталей к сварке. Поэтому наряду с высоковакуумными установками разрабатывают и такие, где электронный луч выводится из камеры пушки, в которой поддерживается высокий вакуум, и сварка производится в низком вакууме (10 . .. 10″ мм рт. ст.). [c.198]

Технические параметры электронно-лучевых плавильных установок с одной электронной пушкой [c.297]

Параметрами процесса электронно-лучевой сварки являются ускоряющее напряжение сила тока пучка / расстояние от пушки до изделия d и до плоскости фокусировки пучка й скорость сварки глубина вакуума р. Изменяя перечисленные параметры процесса сварки, удается в широких пределах изменять форму проплавления. [c.426]

Электронно-лучевой переплав (ЭЛП). Применяется для изготовления деталей ракетной, космической техники, для получения тугоплавких металлов — тантала, молибдена, ниобия и других металлов, отличающихся очень высокой чистотой. Плавление металлов (рис. 3.9) происходит в глубоком вакууме под действием потока электронов, излучаемых высоковольтной катодной пушкой, создающей напряжение в 20-30 тыс. В. Излучаемые электроны направляются на металл, при столкновении с которым их кинетическая энергия переходит в тепловую. Металл плавится, капли его стекают в водоохлаждаемый кристаллизатор и застывают, образуя слиток особо чистого металла в отношении газов и неметаллических включений. [c.93]

Электронно-лучевой переплав (ЭЛП). Источник нагрева металла в ЭЛП — кинетическая энергия направленного от электронной пушки потока электронов, или электронного луча, превращающаяся в тепловую энергию при столкновении электронов с поверхностью плавящегося электрода. [c.278]

На рис. 51 представлена рабочая камера установки для электронно-лучевой сварки. В камере размещен магазин на 15 изделий. Для ускорения процесса сварки изделий, имеющих два сварных соединения, в камере установлены две сварочные пушки, одна из которых сваривает шов в нижнем положении, а другая — кольцевой шов на вертикальной плоскости. [c.70]

В электронно-лучевой пушке источником электронов служит катод 1, нагрев которого осуществляется прямым пропусканием тока или же с использованием косвенного нагрева. Полученные свободные электроны фокусируются и ускоряются в электрическом поле в промежутке между катодом и первым анодом. Сфокусированные и получившие значительную скорость электроны после выхода из первого анода двигаются по инерции к изделию. По пути они дополнительно фокусируются и проходят отклоняющую систему. [c.76]

Для получения большей плотности энергии луча и для более равномерного распределения энергии по сечению луча в некоторых системах между первым анодом и фокусирующей линзой устанавливается апертурная диафрагма, отсекающая периферийную область электронного луча с минимальной плотностью энергии. % Отклоняющие системы, используемые в электронно-лучевых пушках, предназначены для отклонения луча на заданное расстояние и для точной установки его на кромки свариваемого изделия. [c.77]

Так, использование указанных катодов в электронно-лучевых сварочных пушках типов У-250 позволило в 3—4 раза повысить [c.179]

Основная область применения — электронно-лучевые пушки для сварки металлов, размерной обработки металлов, а также для различных типов электронных микроскопов. [c.180]

Схема установки для электронно-лучевой обработки (электронная пушка) показана на рис. 7.14. В вакуумной камере 1 установки вольфрамовый катод И, питаемый от исючкика тока, обеспечивает эмиссию свободных электронов. Электроны формируются в пучок специальным электродом и под действием электрического поля, создаваемого высокой разностью потенциалов между катодом И анодом 10, ускоряются в осевом направлении. Луч электронов проходит систему юстировки 9, диафрагму 8, корректор изображения 7 и систему магнитных линз 6, которые окончательно [c. 413]

В конструкцию электронной пушки обычно входит также отклоняющая система 5, служащая для перемещения электронного луча по обрабатываемой поверхности. Перемещение луча осуществляется вследствие его взаимодействия с лоперечным магнитным полем, создаваемым отклоняющей системой. Обычно для этой цели электронная пушка имеет две пары отклоняющих катушек, обеспечивающих перемещение луча по двум взаимно перпендикулярным направлениям. При питании отклоняющих катушек током определенной частоты и амплитуды можно получить практически любую траекторию перемещения электронного луча по обрабатываемой поверхности, что широко используется в электронно-лучевой технологии. [c.108]

На рис. 151 показана электронно-лучевая гарнисажная промышленная установка 832 для литья тугоплавких металлсш, в которой находятся четыре аксиальные пушки мощностью 120 кВт каждая. Печь снабжена системой дистанционного наблюдения и управления процессом. [c.312]

Диапазон требований к электронным пушкам, в зависимости от назначения, достаточно широк — от растровых электронных микроскопов [311—313], требующих хорошо сфокусированных пучков, до аппаратуры электронно-лучевой обработки [314, 315], для которых необходимы большие токи. В последнем случае используются автокатоды большой площади (более 1 см ) из пучков углеродных волокон [314] или высокопрочного графита типа МПГ-6 [315] с расположенной вблизи плоскости катода управляющей сетки с большой прозрачностью. Такая конструкция электронной пушки позволяет получить электронный пучок любой конфигурации, которая определяется формой и размером рабочей поверхности автокатода. Однако для большинства приложений электронных пушек требуется фокусировка электронного пучка. Неплохие результаты дает использование внешних электромагнитных катушек, но из-за большой скорости автоэлектронов они получаются очень громоздкими. Поэтому была предложена внутренняя однополосная система магнитной фокусировки [316], в которой магнитный полюс находится в непосредственной близости от автокатода, что позволяет наиболее эффективно изменять траекторию автокатодов. [c.244]

ЭЛЕКТРбИНАЯ ПУШКА—электронно-оптич. система, формирующая электронный пучок. Практически Э. п. наз. системы, формирующие высокоинтенсивные пучки с большим первеансом системы, образующие узкие неинтенсивные пучки—электронные лучи, используемые в разл. электронно-лучевых приборах, чаще наз. электронными прожекторами (см. Электронно-лучевые приборы). [c.551]

Пайку узлов из керамики и тугоплавких металлов с местным нагревом в по Светлана производят с применением электронно-лучевых установок с пушкой типа У50А. [c.180]

ВЭМ. Вакуумная металлизация с электронно-лучевым нагревом электронными пушками позволяет испарять тугоплавкие металлы, располагаемые в медном водоохлаж-даемом цилиндре. Все разновидности вакуумной металлизации (ВРМ, ВИМ, ВЭМ) для получения всестороннего покрытия требуют вращения обрабатываемой детали и подогрева ее для лучшего сцепления покрытия с подложкой. [c.477]

Плавку в электронно-лучевых печах (ЭЛП) применяют для получения чистых и ультрачистых тугоплавких металлов (молибдена, ниобия, циркония и др. ), для выплавки специальных сплавов и сталей. Источником теплоты в этих печах является энергия, выделяющаяся при торможении свободных электронов, пучок которых направлен на металл. Получение электронов, их разгон, концентрация в луч, направление луча в зону плавления осуществляются электронной пушкой. Металл плавится и затвердевает в водоохлаждаемых кристаллизаторах при остаточном давлении 1,33 Па. Вакуум внутри печи, большой перефев и высокие скорости охлаждения слитка способствуют удалению газов и примесей, получению металла [c.52]

Основной узел установки для ЭЛС — это электронно-лучевая пушка с системами электропитания и управления, формирующая электронный луч (рис. 130). Источником электронов в пушке является катод 1, изготавливаемый из металлов с малым значением работы выхода электронов, допускающих нагрев до высокой температуры при сравнительно низкой скорости испарения. Наиболее полно этим требованиям отвечают вольфрам и тантал.

В некоторых конструкциях сварочных пушек применяют катоды косвенного нагрева, изготовленные из лантаноборид-ных соединений (например, LaBg), нагреваемые специальным источником тепла. Они обладают лучшими эмиссионными характеристиками по сравнению с металлическими катодами. [c.251]

Технические характеристики электронно-лучевых плавильных электропечей с плосколучевыми пушками [c.298]

Электронно-лучевая пушка с термокатодом для сварочной установки Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 537.533; 537.563.2

А.Г. Рау, И.В. Осипов, А.В. Тюньков, Ю.Г. Юшков, Д.Б. Золотухин, А.А. Зенин

Электронно-лучевая пушка с термокатодом для сварочной установки

Представлена разработанная в рамках комплексного проекта электронно-лучевая пушка с термокатодом. Основные узлы пушки смонтированы на стандартных керамических изоляторах. Катодный узел — легкосъемный, не требующий юстировки при замене. Наличие съемного катодного узла позволяет производить технологические операции, используя катоды прямого и косвенного подогрева. Максимальная мощность в пучке 15 и 60 кВт при ускоряющем напряжении 60 кВ при работе устройства с катодом прямого и косвенного нагрева соответственно.

Ключевые слова: электронно-лучевая пушка, термокатод, прямонакальный катод, катод косвенного нагрева. doi: 10.21293/1818-0442-2017-20-2-129-131

Электронные пучки широко используются в технологическом оборудовании для нагрева, сварки, плавки, размерной обработки, распыления, фундаментальных и прикладных исследований, в том числе в нанотехнологиях [1-5]. Так как диапазоны мощности и концентрации энергии в электронном луче велики, возможно получение всех видов термического воздействия на материал: нагрев его до заданных температур, плавление и испарение с высокими скоростями [6, 7]. В качестве источников электронных пучков, работающих в условиях высокого вакуума (порядка 10-2 Па), широко используются устройства (пушки) с термокатодом [6-8]. Различают пушки с прямонакальным катодом [9, 10] и катодом косвенного нагрева [11, 12]. Известно, что при работе с небольшими плотностями тока (порядка 1 А/см2) или непродолжительными циклами работы целесообразно использовать прямонакальные катоды [13]. Для получения большей мощности электронного луча используются катоды косвенного нагрева.

В условиях современного производства приходится решать многообразные технологические задачи, требующие различные значения мощности электронного луча. Традиционно это достигается использованием электронных пушек с катодами разного типа. То есть пушки, как правило, не универсальны.

Целью настоящей работы являлась разработка электронно-лучевой сварочной пушки с термоэмиссионным катодом, способной работать с любым типом катода и решать разнообразные технологические задачи, связанные с резкой, плавкой и сваркой различных материалов. При этом основными требованиями, предъявляемыми к устройству, являются минимизация временного промежутка и конструктивные изменения, необходимые для смены типа катода в пушке.

Особенности конструкции и принцип работы

Электронная пушка с термоэмиссионным катодом — электронный прибор, формирующий в вакууме непрерывный сфокусированный электронный луч.

Конструктивно электронно-лучевая пушка представляет собой электронно-оптическую колонну (рис. 1), в верхней части которой находится герме-

тичный металлокерамический катодный узел 1, охлаждаемый трансформаторным маслом с атмосферной стороны.

Рис. 1. Внешний вид электронной пушки с термокатодом:

1 — катодный узел; 2 — анод; 3 — вакуумный затвор; 4 — система видеонаблюдения; 5 — система фокусировки и перемещения электронного пучка

Трансформаторное масло выполняет роль теплоносителя и жидкого диэлектрика для изоляции электрических вводов в вакуумную часть катодного узла. Следом на фланце, электрически соединённом с корпусом пушки, установлен анод 2, регулируемый по высоте. Под фланцем анода располагается электромагнитная юстировочная система, позволяющая регулировать отклонение луча с целью обеспечения его соосности с фокусирующе-отклоняющей системой 5. Между юстировочной и фокусирующей системами располагаются наклонное зеркало соосной системы видеонаблюдения 4, стекло защиты от за-пыления зеркала, затвор 3, отсекающий катодную область электронно-лучевой пушки от вакуумной камеры. На нижней части фокусирующе-отклоняю-щей системы находятся пластины датчика отраженных электронов, являющегося еще одним детектором наблюдения соосности луча. Корпус пушки разборный и обеспечивает необходимую биологиче-

130_

скую защиту от неиспользуемого рентгеновского излучения.

Рабочие параметры электронной пушки представлены в таблице.

Параметры электронно-лучевой пушки

Наименование параметра Значение

Режим работы Непрерывный

Ток луча, мА (прямонакальный катод) 250

Ток луча, мА (катод косвенного подогрева) 1000

Ускоряющее напряжение, кВ 60

Мощность луча, кВт (прямонакальный катод) 15

Мощность луча, кВт (катод косвенного подогрева) 60

Диаметр луча в зоне сварки, мм 0,3

Угол отклонения луча не менее, ±7

град

Ток фокусировки, мА 400-1000

Ток отклонения, мА От -400 до 400

Цель настоящей разработки достигается путем введения в конструкцию сменного картриджа, размещенного в керамическом изоляторе 3 на нижней части катодного узла (рис. 2).

4 — венельт-электрод

Схематический вид картриджа представлен на рис. 3. Электрический контакт с электродами картриджа 1 осуществляется через пружинные контакты, расположенные в зоне низкой температуры. В зависимости от технологической задачи в катодный узел помещают картридж с прямонакальным катодом 4, выполненным из танталовой ленты У-образ-ной формы с плоской эмиссионной поверхностью, либо с катодом косвенного подогрева 3 для режимов, требующих более мощных пучков, выполненным также из тантала в виде таблетки. Подогрев таблетки осуществляется за счет энергии электронов, эмитированных с поверхности вольфрамовой спирали 2 и ускоренных разностью потенциалов, приложенной между спиралью и таблеткой. Выбор материала катодов обусловлен в первую очередь простотой обработки данного материала и предъявляемыми к нему эмиссионными свойствами.

СООБЩЕНИЯ

Рис. 3. Схематический вид сменного картриджа с катодом косвенного подогрева (слева) и прямого накала (справа):

1 — электроды картриджа; 2 — вольфрамовая спираль; 3 — катод косвенного подогрева; 4 — прямонакальный катод

Известно, что катоды электронных пушек имеют ограниченный срок службы [6-13] ввиду их бомбардировки ионами паров из сварочной ванны, а также ионами остаточных газов. Поэтому доступ к ним и аноду обеспечивается наличием разборного корпуса, отделяющего катодный узел от остальных частей устройства и вакуумной камеры. Катодный узел и анод оснащены системой дифференциальной откачки, позволяющей проводить замену картриджа без разгерметизации вакуумной камеры.

Отклонение положения катода от оси электронной системы может привести не только к нарушению геометрии пучка, но и к разрушению анода в результате пробоев на его поверхности, возникающих при взаимодействии с электронным пучком [6]. Поэтому для замены катодов в картридже используется приспособление, позволяющее выставить эмитирующую площадку в требуемое положение. При этом время, требуемое для замены катода, не превышает 5 мин.

Таким образом, данный подход позволяет за счет некритичных конструктивных изменений обеспечить эффективную работу электронной пушки в диапазоне мощностей от 2 до 60 кВт. Замена прямо-накального катода на катод косвенного подогрева приводит к увеличению тока пучка от 250 до 1000 мА (соответственно его мощности) только благодаря физическим принципам электронной бомбардировки и не требует замены подводящих проводов.

Заключение

В рамках комплексного проекта согласно Постановлению Правительства РФ №218 от 9 апреля 2010 г. разработана электронно-лучевая пушка с термокатодом. Пушка предназначена для использования в установках электронно-лучевой сварки (УЭЛС) и электронно-лучевого выращивания (УЭЛВ). Пушка оснащена оригинальным конструктивным элементом (сменный картридж). Это позволило одним устройством создавать электронный луч в диапазоне мощностей от 2 до 60 кВт. Наряду с этим время, требуемое на замену катода, сокращено до нескольких минут без развакуумирования рабочей камеры.

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении

высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» (ТУСУР) — головном исполнителе НИОКТР при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках Договора № 02.G25.31.0189.

Литература

1. Metal fabrication by additive manufacturing using laser and electron beam melting technologies / L.E. Murr, S.M. Gaytan, D.A. Ramirez et al. // Journal of Materials Science & Technology. — 2012. — Vol. 28(1). — P. 1-14.

2. Hohn F.J. Electron beam lithography: its applications // Journal of Vacuum Science & Technology B (Microelectronics Processing and Phenomena). — 1989. — Vol. 7, No. 6. — P. 1405-11.

3. Бурдовицин В.А. О возможности электронно-лучевой обработки диэлектриков плазменным источником электронов в форвакуумной области давлений / В.А. Бурдовицин, А.С. Климов, Е.М. Окс // Письма в ЖТФ. -2009. — Т. 35, № 11. — С. 61-66.

4. Schultz H. Electron beam welding. — UK: Woodhead Publishing Ltd, 1993. — 272 p.

5. Morita S. Preparation of Pb2CrO5 Thin films by an electron-beam evaporation technique / S. Morita, K. Toda // Applied Physics A. — 1985. — Vol. 36. — P. 131 -137.

6. Кайдалов А. А. Сварочные электронные пушки / А.А. Кайдалов, Е.И. Истомин. — Киев: Научно-технический комплекс «Институт электросварки им. Е.О. Патона» Национальной Академии наук Украины, 2003. — 153 с.

7. Молоковский С.И. Интенсивные электронные и ионные пучки / С.И. Молоковский, А.Д. Сушков. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 303 с.

8. Алямовский И.В. Электронные пучки и электронные пушки. — М.: Советское радио, 1966. — 455 с.

9. Erdman P.W. Low-voltage, high-current electron gun / P.W. Erdman, E.C. Zipf // Review of Scientific Instruments. -1982. — Vol. 53. — P. 225-227.

10. Stoffel N.G. A low-energy brightness electron gun for inverse photoemission / N.G. Stoffel, P.D. Johnson // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. — 1985. — Vol. 234(2). — P. 230-234.

11. Herniter M.E. Thermionic cathode electron gun for high current densities / M.E. Herniter, W.D. Getty // IEEE transaction on plasma science. — 1987. — Vol. PS-15, № 4. -P. 351-360.

12. Broers A.N. Electron gun using longlife lanthanum hexaboride cathode // Journal of Applied Physics. -1991(1967). — Vol. 38. — P. 1991-1992.

13. Пашкин А. Н. Виды катодов сварочных электронно-лучевых пушек / А.Н. Пашкин, Е.А. Болдарев // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. — 2014. -С. 113-114.

Рау Александр Григорьевич

Директор ООО «Научно-производственная компания Томские электронные технологии» (ООО «НПК ТЭТа») Тел.: +7 (382-2) 94-30-00 Эл. почта: [email protected]

Осипов Игорь Владимирович

Канд. физ.-мат. наук,

коммерческий директор ООО «НПК ТЭТа» Тел.: +7 (382-2) 94-39-77 Эл. почта: [email protected]

Тюньков Андрей Владимирович

Канд. техн. наук, ст. науч. сотр. каф. физики ТУСУРа

Тел.: +7 (382-2) 41-33-69

Эл. почта: [email protected]

Юшков Юрий Георгиевич

Канд. техн. наук, ст. науч. сотр. каф. физики ТУСУРа

Тел.: +7 (382-2) 41-33-69

Эл. почта: [email protected]

Золотухин Денис Борисович

Канд. физ.-мат. наук, науч. сотр. каф. физики ТУСУРа

Тел.: +7 (382-2) 41-33-69

Эл. почта: [email protected]

Зенин Алексей Александрович

Канд. техн. наук, ст. науч. сотр. каф. физики ТУСУРа

Тел.: +7-952-807-62-02

Эл. почта: [email protected]

Rau A.G., Osipov I.V., Tyunkov A.V., Yushkov Yu.G., Zolotukhin D.B., Zenin A.A.

Electron-beam gun with thermionic cathode for welding machine

Developed in the project of electron beam gun with thermionic cathode is presented. The main gun components mounted on standard ceramic insulators. The cathode assembly is easily removable, which does not require adjustment when replacing. The presence of a removable cathode unit allows the operation using cathodes of direct and indirect heating. The maximum power in the beam is 15 kW and 60 kW at an accelerating voltage of 60 kV, while the device with the cathode of direct and indirect heating, respectively.

Keywords: electron beam welding, electron beam gun, direct and indirect heating cathode.

Электронные пушки, работающие в режиме постоянного тока

В настоящее время электронные пучки с энергией электронов от десятков до сотен кэВ находят применение в технологических и исследовательских процессах, где необходимо термическое, а также, радиационно-химическое воздействие на материалы.

Основная задача электронной пушки заключается в формировании интенсивного электронного пучка определенной конфигурации с заданными значениями тока и энергии.

Нашим коллективом созданы источники пучков энергичных электронов для испытания материалов и устройств в вакууме.
Данные пучки могут также применяться для модификации и анализа поверхности, получения функциональных покрытий, полимеризации, очистки, стерилизации, сварки, спекания и наплавки, размерной обработки и т.д.

В основе конструкции лежат следующие принципы:

высококачественный катодный узел из LaB₆ с косвенным нагревом электронами позволяет точно контролировать температуру катода, предотвращая его перегрев, обеспечивает дополнительный контроль тока пучка;
предусмотрена защита от разрушения контактирующих деталей и изменения состава
LaB₆, что существенно увеличивает ресурс катода;
катод монтируется со стороны анода, без необходимости отсоединения питания;
высокая однородность плотности тока на поверхности катода LaB₆ позволяет добиться изначально заданной конфигурации пучка.

Оптимизация на базе компьютерного моделирования геометрии электродов позволяет сохранять низкую расходимость и стабильность пучка в широком диапазоне токов и энергий, управлять траекторией заряженных частиц с использованием специальной методики расчёта.
В зависимости от задачи используется запирающий электрод либо вытягивающий (ускоряющий).

Конструкция удобная для обслуживания, разборки, все материалы совместимы с высоким вакуумом, нержавеющая сталь, медь, молибден, тантал, вольфрам, Al₂O₃ керамика.

Ток и энергия пучка плавно регулируются. Возможно исполнение с контролем тока пучка по внешнему коллектору, например проволочному, перед облучаемым объектом.

Разработаны варианты источников со следующими диапазонами параметров:

Энергия 0-30 кэВ, ток пучка 0-20 мА
Энергия 0-50 кэВ, ток пучка 0-20 мА
Энергия 0-100 кэВ, ток пучка 0-3 мА
Энергия 0-300 кэВ, ток пучка 0-3 мА

Наружная высоковольтная изоляция выбирается в зависимости от задачи по согласованию с заказчиком – воздушная изоляция, элегаз или трансформаторное масло.

Хочется отметить, что качество пучка в диапазонах 10-100 кэВ и 70-300 кэВ гарантировано за счёт оптимизации электродов и общего конструкционного решения.

Другие диапазоны параметров, работу в импульсном режиме и другие варианты исполнения также могут быть реализованы.

Основное отличие предлагаемой нами разработки заключается в том, что существующие промышленные электронные пушки, в основном, генерируют импульсные электронные потоки, а также рассчитаны на малое количество определённых значений, в то время как мы можем задавать широкий диапазон значений тока и энергии пучка, а также обеспечивать низкую расходимость и однородность.

Разработанные нами источники позволяют создавать мощные, но недорогие и компактные установки по облучению образцов и устройств в вакууме. Настольные установки до 50 кВ — для лабораторий. Большие установки с источниками до 300 кВ — для испытания оборудования.

Простота конструкции и использования в сочетании с низкой стоимостью изготовления делают данную разработку высокотехнологичной.

Текущая стадия развития: Изготовлены установки для испытания диэлектрических материалов, источники для облучения 100 кэВ электронами материалов и 300 кэВ- оборудования, установка для температурных испытаний электроники. Требуется отработка серийных установок для длительной работы.

Области применения и перспективы: авиакосмическая, атомная, электронная, медицинская промышленности, приборостроение, станкостроение, радиационная очистка промышленных отходов, модифицирование и обработка полимеров, полупроводниковых материалов, кристаллов; 3-d прототипирование (конструирование наноструктурных слоёв), ускорители заряженных частиц и многие другие.

Так, к примеру, изначальным поводом для разработки являлась задача повышения надёжности электронных и электро-физических устройств в космосе. Известно, что при электрическом пробое диэлектриков электромагнитные помехи могут дестабилизировать работу электронного оборудования и приборов авиационно-космических комплексов. В условиях космического полёта инициированные электроразрядные явления под воздействием высокоэнергетических ионизирующих излучений, солнечных вспышек и радиационных поясов Земли, в конечном итоге, приводят к разрушению диэлектрических материалов.[1]

Интерес также представляет проведение ускоренных ресурсных испытаний солнечных батарей космических аппаратов.
Регистрирующая аппаратура, управляющая электроника, ионные и плазменные двигатели спутников подвергаются в вакууме нагреву или охлаждению, облучению УФ, электронами, рентгеном и др.

В целом, испытание материалов и устройств в условиях имитации космического пространства является важнейшей задачей космического материаловедения.

1. Акишин А.И. Космическое материаловедение. Методическое и учебное пособие.–М: НИИЯФ МГУ, 2007, с. 209

Электронно-лучевая пушка

Изобретение относится к аппаратуре для электронно-лучевой сварки материалов, преимущестенно металлов, в вакууме.

Известна электронно-лучевая пушка (по патенту на полезную модель RU 38081, выбранная в качестве прототипа), содержащая источник электронов, представляющий собой размещенный в корпусе катодный блок, состоящий из изолятора, на котором закреплены нагреватель, катод и элементы электронно-оптической системы, источник электронов установлен на промежуточном корпусе, выполняющем функции несущего элемента, внутри промежуточного корпуса установлен анод, фокусирующую систему. Промежуточный корпус выполнен с фланцем, анод установлен в промежуточном корпусе со стороны источника электронов, а на боковых поверхностях последнего расположены эксцентриковые замки для фиксации источника электронов в рабочем положении, фокусирующая система прикреплена к фланцу промежуточного корпуса и снабжена теплообменником, состоящим из двух цилиндрических стенок с образованием полости для пропуска охлаждающей жидкости, блок фокусировки установлен со стороны теплообменника, обращенной к промежуточному корпусу.

Расположение фланца определяет положение посадочного места электронно-лучевой пушки в сварочной установке. Его выполнение на промежуточном корпусе, а также предложенная конструкция фокусирующией системы и теплообменника приводят к увеличению ее габаритов (части, выступающей вниз от посадочного места, по фланцу), следовательно, уменьшается размер детали, которая может быть помещена в рабочую зону электронного луча. Кроме того, недостатком известного устройства является сложность технического обслуживания, обусловленная труднодоступностью отдельных элементов конструкции.

Технической задачей является упрощение технического обслуживания электронно-лучевой пушки и увеличение рабочего пространства для обработки деталей.

Технический результат достигается в электронно-лучевой пушке, содержащей катодный блок, включающий корпус, изолятор, катод. Катодный блок установлен на промежуточном корпусе. В промежуточном корпусе со стороны катодного блока установлен анод, на боковой поверхности выполнен вакуумопровод. Промежуточный корпус установлен на фланце корпуса фокусирующего блока, оснащенного теплообменником и выполненного с возможностью установки блока катушек со стороны фланца. Теплообменник образован корпусом фокусирующего блока, на внешней цилиндрической поверхности которого выполнен спиральный паз, и кожухом. На фланце фокусирующего блока расположены штуцеры теплообменника и выполнены подводящие каналы и канал для выводов блока катушек. Катодный блок выполнен с крышкой, снабженной штуцерами, расположенными на боковой поверхности крышки. В качестве изолирующего теплоносителя в катодном блоке используется фторорганическая жидкость. Корпус катодного блока соединен с промежуточным корпусом откидной петлей и зажимами.

Изобретение поясняется чертежами: фиг.1-2 — общие виды сварочной электронно-лучевой пушки; фиг.3 — вид сверху; фиг.4 — промежуточный корпус; фиг.5 — фокусирующий блок; фиг.6 — катодный блок.

Электронно-лучевая пушка содержит катодный блок (фиг.6), включающий корпус 1, обладающий вакуумной, гидравлической и достаточной рентгеновской плотностью, высоковольтный металлостеклянный изолятор 2, катод 3 косвенного подогрева. Катод 3 установлен в держателе 13, помещенном внутри цилиндра Венельта 14. Внутри держателя 13 расположен накаливатель 15.

Катодный блок выполнен с герметичной крышкой 7, снабженной штуцерами 8 и каналами для воды, соединенными с охлаждающим устройством 17, выполненным в виде змеевика, прикрепленного к крышке 7. Штуцеры 6 расположены на боковой поверхности 9 крышки 7, что позволяет уменьшить габариты электронно-лучевой пушки.

В качестве изолирующего теплоносителя в катодном блоке используется фторорганическая жидкость, ею заполнена полость 16 в корпусе 1, расположенная над изолятором 2.

В корпусе 1 выполнен ввод 12 для высоковольтного кабеля (не показан).

Катодный блок установлен на промежуточном корпусе 4 и соединен с ним откидной петлей 10 и зажимами 11, выполненными в виде струбцин. В промежуточном корпусе 4 со стороны катодного блока установлен анод 5 (фиг.4), на боковой поверхности выполнен вакуумопровод 6. В промежуточном корпусе 4 вблизи от анода 5 выполнен контур водяного охлаждения.

В промежуточном корпусе 4 установлен шибер, обеспечивающий сохранение высокого вакуума в полости между анодом 5 и катодом 3 и/или в полости фокусирующего блока. Также во время ремонта или профилактики катодного блока или фокусирующего блока нет необходимости напускать воздух во всю установку, что снижает время цикла сварки. Шибер состоит из механической и электрической части. Механическая часть представляет собой прямоугольный корпус, расположенный внутри промежуточного корпуса под анодом 5. Уплотнение происходит через резиновое кольцо, расположенное внутри промежуточного корпуса 4 между корпусом шибера и опорной поверхностью на промежуточном корпусе соосно каналу лучепровода 28. Шибер имеет два рабочих положения: «открыто» и «закрыто». В положении «открыто» открыт канал лучепровода 28 для сварки. В положении «закрыто» полость между катодом 3 и анодом 5 герметично изолирована от окружающей среды.

Промежуточный корпус 4 в свою очередь установлен на фланце 18 корпуса 19 фокусирующего блока (фиг.5), оснащенного теплообменником. Фокусирующий блок выполнен с возможностью установки блока катушек со стороны фланца 18. Для этого на внутренней поверхности корпуса 19 фокусирующего блока выполнены посадочные места для блока катушек, включающего фокусирующую и отклоняющую катушку 26, 27, на нижней поверхности корпуса 19 фокусирующего блока закреплен лучепровод 28, на фланце 18 выполнен подводящий канал 24 для выводов 25 управляющих цепей блока катушек.

Теплообменник образован корпусом 19 фокусирующего блока, на внешней цилиндрической поверхности которого выполнен спиральный паз 20, и кожухом 21. Во внутренней полости между корпусом 19 фокусирующего блока и кожухом 21 пропускается охлаждающая вода. На фланце 18 фокусирующего блока расположены штуцеры 22 теплообменника и выполнены подводящие каналы 23.

Электронно-лучевая пушка используется следующим образом.

Пушка устанавливается внутри рабочей вакуумной камеры на фланец 18. Таким образом, основным несущим элементом, на который устанавливаются все элементы электронно-лучевой пушки, является корпус 19 фокусирующего блока.

Электроны, вылетая из накаливателя 15, бомбардируют катод 3. Эти элементы имеют ограниченный срок службы. Для их обслуживания или замены убираются зажимы 11 и катодный блок откидывается, повисая на окидной петле 10, открывая доступ к аноду 5, катоду 3 и другим элементам, установленным на изоляторе 2. Обслуживание может производиться без полного отсоединения катодного блока от промежуточного корпуса 4.

Фланец 18, выполненный на корпусе 19 фокусирующего блока, определяет его функцию как несущего элемента электронно-лучевой пушки. Кроме того, такое расположение фланца 18 определяет положение посадочного места электронно-лучевой пушки в сварочной установке. Его выполнение на корпусе 19 фокусирующего блока приводит к уменьшению габаритов электронно-лучевой пушки (части, выступающей вниз от посадочного места, по фланцу 18), следовательно, увеличивается размер детали, которая может быть помещена в рабочую зону электронного луча.

С этим же связано и упрощение из-за изменения порядка сборки-разборки устройства, технического обслуживания. Так, при необходимости обслуживания фокусирующего блока, например блока катушек, шибер может быть закрыт, промежуточный корпус 4 вместе с катодным блоком могут быть сняты с фланца 18 без разгерметизации пространства с высоким вакуумом между катодом 3 и анодом 5. При этом удается существенно сократить время ремонта и повторного включения электронно-лучевой пушки, поскольку достижение высокого вакуума в этом пространстве занимает много времени из-за присутствия большого количества элементов со сложными поверхностями.

Использование фторорганической жидкости в качестве изолирующего теплоносителя позволяет увеличить рабочее напряжение, увеличивается теплопередача от изолятора к охлаждающему устройству. Из-за более высокого напряжения пробоя возможно уменьшить габариты катодного блока. При пробое фторорганическая жидкость не подвергается обугливанию (горению), что увеличивает период планового обслуживания (замены). При утечке фторорганическая жидкость не оставляет следов, что повышает вакуумную чистоту электронно-лучевой пушки, поскольку не происходит газовыделение в процессе последующей работы.

О расширении технологических возможностей современных газоразрядных электронно-лучевых пушек — Новости и статьи

В.И. Мельник, И.В. Мельник, Б.А. Тугай, Д.В. Ковальчук

ПрАТ «НВО «Червона Хвиля».

Благодаря длительному опыту эксплуатации газоразрядных электронно-лучевых пушек в различных технологических условиях стало возможным исследование особенностей их поведения, определение способов дальнейшего усовершенствования их конструкции с целью повышения надежности и расширения областей применения в новых технологических процессах. Для этого в течение последних лет проведены соответствующие теоретические исследования и экспериментальные работы, в результате которых усовершенствована конструкция газоразрядных электронно-лучевых пушек серии ВТР мощностью от 60 до 450 кВт, что позволило добиться еще большей стабильности и надежности их эксплуатации в расширенном диапазоне рабочих условий. Также впервые разработана газоразрядная электронно-лучевая пушка ВТР-600/40 номинальной мощностью 600 кВт.

Ключевые слова: электронные пушки; электронно-лучевые технологии; вакуумная металлургия; газоразрядные электронно-лучевые пушки; электронные пушки высоковольтного тлеющего разряда.

Газоразрядные электронно-лучевые пушки находят все большее применение в различных отраслях промышленности, главным образом благодаря их способности стабильно работать в тяжелых вакуумных условиях, характерных для ряда технологических процессов. Опыт эксплуатации газоразрядных электронно-лучевых пушек мощностью от 60 до 450 кВт подтвердил не только возможность, но и целесообразность их промышленного применения в таких процессах, как электронно-лучевая плавка титана, ниобия, тантала, молибдена, электронно-лучевого рафинирования кремния, определенных видов сварки, напыления покрытий и др. [1–3].

Газоразрядные электронно-лучевые пушки серии BTP, разработанные ПрАТ «НВО «Червона Хвиля», представлены на рис. 1.

Рис. 1. Газоразрядные электронно-лучевые пушки BTP-100 (100 кВт), BTP-300 (300 кВт) и BTP-450 (450 кВт)

Современное промышленное оборудование, созданное на базе газоразрядных электронно-лучевых пушек, отличается относительной конструктивной простотой, стабильностью работы, удобством обслуживания, высокой производственной и экономической эффективностью. Некоторые особые рабочие характеристики газоразрядных

электронно-лучевых пушек открывают возможности реализации новых технологических режимов и даже процессов.

Опыт эксплуатации газоразрядных электронно-лучевых пушек типа ВТР в реальных промышленных условиях позволил исследовать их характеристики в различных рабочих условиях и определить пути дальнейшего усовершенствования газоразрядных электронно-лучевых пушек с целью повышения их технологической и коммерческой привлекательности.

Основными направлениями исследовательских и конструкторских работ стало улучшение стабильности работы газоразрядных электронно-лучевых пушек в условиях динамичного изменения остаточного давления в рабочей камере, повышение общей надежности, увеличение срока службы пушек и их отдельных частей, сокращение простоев оборудования за счет снижения особых требований к регламентному обслуживанию.

С целью дальнейшего улучшения эксплуатационных качеств газоразрядных электронно-лучевых пушек типа ВТР в различных рабочих условиях проведены следующие теоретические и экспериментальные исследования:

— анализ работы холодного катода при различных характеристиках высоковольтного тлеющего разряда в широком диапазоне давлений и состава газовой среды;

— расчеты и экспериментальная проверка предельных энергетических параметров электродных систем;

— оптимизация геометрических характеристик электродной системы и ее электронно-оптических параметров;

— разработка системы транспортирования луча от разрядной камеры пушки до рабочей камеры с большим углом схождения.

Как правило, для изготовления холодных катодов газоразрядных электронно-лучевых пушек типа ВТР используются низколегированные сплавы алюминия, преимущественно благодаря относительно высокому коэффициенту ионно-электронной эмиссии (плотность тока более 0,1 А/см²) и хорошей теплопроводности. Оптимизация конструкции катодного узла, все части которого находятся под высоким отрицательным напряжением, обеспечила равномерное распределение электрического поля в изолирующем вакуумном промежутке, тем самым существенно уменьшив вероятность возникновения пробоев.

В усовершенствованной конструкции катод крепится непосредственно на нижнем торце высоковольтного изолятора, что исключает потребность в применении уплотняющей прокладки между вакуумным пространством пушки и внутренней полостью катода для водяного охлаждения и вероятность проникновения паров воды в

разрядное пространство пушки.

Оптимизация геометрии анодного диска обеспечила намного лучшую стабильность фокусного расстояния электронного луча при различных значениях тока разряда. Это свойство улучшает транспортировку луча через анодное отверстие без существенных потерь энергии и соответственно упрощает охлаждение этого узла.

Необходимые предельные энергетические параметры электродных систем обеспечиваются в результате правильного выбора материалов и геометрии холодного катода и полого анода газоразрядных электронно-лучевых пушек типа ВТР с учетом максимально допустимого выделения энергии в разрядной камере пушки. Требуемая плотность мощности зависит от предельной мощности электродов при их рабочей температуре, а предельная плотность тока — от эмиссионных свойств катода и количества энергии, которая может быть отведена от катода во время ионной бомбардировки. Оптимизацию основных параметров электронно-лучевых пушек выполнили в зависимости от указанных физических свойств и условий эксплуатации.

Ограничение внутреннего просвета лучевода, поперечное сечение которого соответствует форме проводимого луча, обеспечивает разницу давлений разрядной камеры пушки и рабочей камеры установки (до двух порядков) при условии достаточной мощности откачной системы. Это позволяет откачивать внутреннее пространство газоразрядной электронно-лучевой пушки вместе с рабочей камерой общей вакуумной системой электронно-лучевой установки и расширять диапазон рабочего вакуума во время технологического процесса.

Транспортировка электронного луча от разрядной камеры пушки до рабочей камеры установки через лучевод с ограниченным просветом обеспечивается в случае надлежащего размещения двух фокусных линз.

Для сканирования электронного луча на выходе из лучевода применяется отклоняющая система, состоящая из определенного количества тороидальных линз, монтируемых на кольцевом магните. Лучевод прикрепляется к базовому фланцу пушки, при помощи которого последняя устанавливается на рабочей камере установки.

В результате проведенных работ достигнуты существенные улучшения основных эксплуатационных показателей газоразрядных электронно-лучевых пушек типа ВТР, а также продемонстрирована возможность работы таких пушек в более широком диапазоне рабочих параметров и их применения в новых перспективных технологиях.

Например, исследованы характеристики электронного луча, генерируемого в газоразрядных электронно-лучевых пушках типа ВТР при различных значениях ускоряющего напряжения в диапазоне от 10 до 40 кВ, установлеы параметры его воздействия на обрабатываемый материал (мишень).

Как правило, газоразрядные электронно-лучевые пушки типа ВТР мощностью от десятков до сотен киловатт функционируют при ускоряющем напряжении в пределах 25…30 кВ, которое в целом удовлетворяет требованиям условий эксплуатации пушек в составе различного технологического оборудования. К тому же такой уровень напряжения упрощает защиту персонала от наведенного жесткого излучения.

Пример использования газоразрядной электронно-лучевой пушки ВТР-300, работающей при номинальном ускоряющем напряжении 30 кВ в составе электронно-лучевой плавильной печи, представлен на рис. 2.

Рис. 2. Газоразрядная электронно-лучевая пушка BTP-300 в составе печи ЭЛП

Анализ работы пушек в определенных технологических процессах показал, что иногда варьируя значениями ускоряющего напряжения, можно обеспечить более гибкие и/или подходящие условия для нагрева обрабатываемой мишени.

Для использования газоразрядных электронно-лучевых пушек в составе крупных промышленных электронно-лучевых плавильных печей требуется повышенное ускоряющее напряжение, поскольку в этом случае создаются лучшие условия для транспортировки электронного луча на большее расстояние в плохом вакууме, например, в случае технологических процессов, сопровождаемых интенсивным газовыделением и/или испарением. В этом случае повышенное ускоряющее напряжение обеспечивает большую удельную мощность, что способствует большей эффективности использования энергии нагрева.

Разработана новая газоразрядная электронно-лучевая пушка BTP-600/40 мощностью 600 кВт с ускоряющим напряжением 40 кВ. Увеличение ускоряющего напряжения до 40 кВ обеспечило повышение коэффициента ионно-электронной эмиссии холодного катода, что позволило снизить энергетические потери на электродах и улучшить энергетические и геометрические параметры электронного луча. Однако возрастание ускоряющего напряжения может вызывать более интенсивное образование дуг между катодом и анодом и снижение стабильности работы пушки. С целью уменьшения влияния этих факторов на стабильность работы пушки и всей установки разработана специальная конструкция катодного узла. Кроме того, конструкция лучевода пушки BTP-600/40 обеспечивает больший предельный угол отклонения электронного луча от оси (не менее 30°) и большую частоту сканирования, чем применяемые ранее стандартные газоразрядные электронно-лучевые пушки большой мощности. Указанные характеристики обеспечивают существенное повышение КПД пушек, а также технологических установок, позволяют проектировать высокопроизводительные установки с меньшим количеством пушек, что упрощает обслуживание и сокращает эксплуатационные затраты.

Газоразрядная электронно-лучевая пушка ВТР-600/40 представлена на рис. 3.

Рис. 3. Газоразрядная электронно-лучевая пушка BTP-600/40

Существует ряд более тонких металлургических процессов, требующих очень мягкого или плавного нагрева мишеней, например, тонких деталей или малых зон обработки. Это может быть сварка тонкостенных элементов, пайка, поверхностная обработка, аддитивное производство и т.п. В таких случаях ускоряющее напряжение (10…20 кВ) обеспечивает высокую эффективность работы газоразрядной электронно-лучевой пушки, при этом комплектное оборудование становится более простым, дешевым и безопасным.

Разработан широкий ряд газоразрядных электронно-лучевых пушек различной конструкции и мощности [4]. Основные технические характеристики доступных газоразрядных электронно-лучевых пушек различного назначения представлены в таблице.

Мощность, кВт	Ускоряющее напряжение, кВ	Ток луча, A	Диаметр луча на мишени, мм	Диапазон рабочих давлений в рабочей камере, Па	Рабочие газы	Технологии применения
1…10	10…40	0,1…1,0	0,5…4,0	10…10^-2	Воздух Кислород Аргон Гелий	Сварка тонкостенных деталей, пайка, поверхностная термообработка, аддитивное производство
30…100	25…30	1…4	5…8	10…10^-3	Водород Кислород	Сварка прессованных материалов, напыление покрытий, выращивание монокристаллов
100…450	30	3,3…15	8…20	5…10^-2	Водород с добавками кислорода	Плавка и рафинирование тугоплавких и активных металлов и сплавов
600	40	15	15…20	5…10^-2	То же	То же

Примеры использования газоразрядных электронно-лучевых пушек серии ВТР в составе различных электронно-лучевых установок представлены на рис. 4.

Рис. 4. Газоразрядные электронно-лучевые пушки BTP-100 в составе установки для нанесения теплозащитных покрытий (а)

и в составе плавильной установки (б)

В настоящее время можно утверждать, что газоразрядные электронно-лучевые пушки стали надежным инструментом промышленного производства с растущими перспективами освоения новых технологий и процессов.

Литература

1. Электронно-лучевая плавка губчатого титана с использованием пушек высоковольтного тлеющего разряда / А.Л. Тихоновский, Н.К. Лашук, А.А. Тур и др. // Пробл. спец. электрометаллургии. — 1993. — № 10. — С. 66–70.

2. Denbnovetskiy S.V., Melnyk V.I., Melnyk I.V. High-Voltage Glow-Discharge Electron Sources and Possibilities of Its Application in Industry for Realizing of Different Technological Operations // IEEE transactions on plasma science. — 2003. — 31, № 5. — P. 987–993.

3. Пат. US 2007/0077191 A1 США. Мethod and apparatus for refining silicon using an electron beam / Norichika Yamauchi, Takehiko Shimada, Minoru Mori. — Publ. 05.04.2007.

4. Технологические возможности электронных пушек высоковольтного тлеющего разряда / С.В. Денбновецкий, В.И., Мельник, И.В. Мельник, Б.А. Тугай // Электротехника и электроника. — 2009. — № 5–6. — С. 189–192.

Long-term experience of gas-discharge electron beam gun operation under different process conditions enabled studying the peculiarities of their behaviour, determining the methods for further improvement of their design to increase their reliability and expand their application in new technological processes. For this purpose appropriate theoretical investigations and experimental studies have been performed over the recent years, which resulted in improvement of design of gas-discharge electron beam guns of BTP series of 60 to 450 kW power, that allowed guaranteeing even higher stability and reliability of their operation in a broader range of operating conditions. Gas-discharge electron beam gun BTP-600/40 of 600 kW nominal power was also developed for the first time. 4 References, 1 Table, 4 Figures.

Keywords: electron guns; electron beam technologies; vacuum metallurgy; gas-discharge electron beam guns;high-voltage glowing discharge electron guns

Современная электрометаллургия. — 2015. — № 2 (119). — С. 21-24.

Что такое электронная пушка? — Определение, работа и строительство

Определение: Электронная пушка определяется как источник сфокусированного и ускоренного электронного пучка. Это устройство, используемое в электронно-лучевой трубке для отображения изображения на фосфорном экране ЭЛТ. Электронная пушка излучает электроны и формирует их в пучок с помощью нагревателя, катода, сетки, предварительного ускорения, ускорения и фокусирующего анода.

Эмиссия электронов

Электроны испускаются через катод с косвенным нагревом.Катод с косвенным нагревом означает, что катодный электрод окружен нитью накала, и электроды испускают электроны, когда на него подается питание.

Для получения высокой эмиссии электронов при умеренной температуре на конец катода нанесен слой оксида бария и стронция. Ток и напряжение, необходимые для косвенного нагрева катода, примерно равны 600 мА и 6,3 В.

Работа электронной пушки

После выхода из катода электрон проходит через управляющую сетку.Управляющая сетка изготовлена из никелевого материала. Он расположен по центру отверстия и соосен с осью ЭЛТ. Интенсивность управляющих лучей зависит от количества электронов, эмитируемых катодом. Сетка имеет отрицательное смещение, которое контролирует поток электронов.

Электрон, который проходит от управляющей сетки, ускоряется высоким положительным потенциалом, который прикладывается к предварительно ускоряющей и ускоряющей сеткам. Электронный пучок фокусируется фокусирующим анодом.Луч, пройдя фокусирующий анод, проходит через отклоняющие пластины и попадает на люминесцентный экран.

Конструкция электронной пушки

Основная функция электронной пушки — создавать и ускорять пучок электронов внутри вакуумной трубки ЭЛТ. Для генерации и ускорения пушки требуются нагреватель, катодные электроды, сетка и различные типы анодов. Подробное описание их частей показано ниже.

1.Нагреватель — Нагреватель преобразует электрическую энергию в форму тепла. В нем есть резистор, который препятствует прохождению тока и преобразует его в тепловую энергию. Нагреватель нагревает катодные электроды и испускает электроны.

2. Сетка управления — Сетка управления представляет собой никелевый цилиндр. Это металлическая чашка, которая имеет сталь с более низкой проницаемостью. Его длина составляет около 15 мм, а диаметр — 15 мм. В колпачке сетки просверливается отверстие примерно 0,25 мм для прохождения электрона.Интенсивность электронного луча, проходящего через сетку, зависит от эмиссии электронов. Управляющая сетка имеет отрицательное смещение, благодаря чему она контролирует поток электронов.

3 . Предварительно ускоряющий и ускоряющий анод — Предварительно ускоряющий и ускоряющий анод ускорял лучи, проходящие через пистолет. Эти аноды подключены к высокому потенциалу для ускорения электронов.

4. Фокусирующий анод — После прохождения через предварительно ускоряющий и ускоряющий электроды электроны проходят через фокусирующий луч.Фокусирующий анод создает пучки острофокусных электронов.

Электронная пушка размещена внутри стеклянной трубки таким образом, чтобы электронный луч не взаимодействовал с молекулами воздуха.

Электронные пушки

— обзор

4.11.3.3 Масс-спектрометрия вторичной ионизации

В последние годы были достигнуты значительные успехи в анализе SIMS с разработкой ионных микрозондов большого радиуса, которые имеют емкость MC и компенсацию заряда с помощью электронной пушки.Это произвело революцию в измерении изотопов кислорода в непроводящих минералах, таких как кальцит, гранат (Page et al., 2010), оливин, кварц, титанит (Bonamici et al., 2011), перовскит (Sarkar et al., 2011), и циркон. Из них систематика изотопов кислорода циркона оказалась особенно полезной для изучения магматического петрогенеза и эволюции земной коры в породах, которые варьируются от эоархейских тоналитовых гнейсов (Hiess et al., 2009) до палеозойских и мезозойских гранитных батолитов (Appleby et al., 2008, 2010; Кемп и др., 2007a, 2009b; Lackey et al., 2005, 2006, 2008) и современных донных габбро и плагиогранитов (Cavosie et al., 2010; Grimes et al., 2011). Профили изотопов кислорода одиночных кристаллов циркона были связаны с тектонической историей, охватывающей несколько сотен миллионов лет (Moser et al., 2008), тогда как глобальные компиляции циркона δ ¹⁸ O использовались для исследования созревания континентальной коры. (Valley et al., 2005). Valley et al. (1994) установили петрологическую основу для этих подходов.В отличие от образцов валовых пород, циркон сохраняет магматическое соотношение изотопов кислорода (Page et al., 2007; Peck et al., 2003), а цирконы, находящиеся в равновесии с первичными расплавами мантийного происхождения, имеют узкий диапазон ? 18 O (5,3 ‰ ± 0,6 ‰ при 2 SD, Valley et al., 2005). Этот диапазон нечувствителен к магматической дифференциации, так как сопутствующий подъем в валовой породе δ ¹⁸ O компенсируется увеличением фракционирования циркона / жидкости δ ¹⁸ O с +0.От 5 ‰ для основных расплавов до + 1.5–2 ‰ для производных кремния (Valley et al., 2005). Значения циркона δ ¹⁸ O выше 6 ‰, таким образом, отпечаток ¹⁸ O-обогащенный супракрустальный компонент в магме, из которого кристаллизовался циркон, происходящий либо из осадочных (10–30 ‰), либо из вулканических пород, которые обменялись кислород с водой при низкой температуре (до 20) (Eiler, 2001). Магмы, образованные переработкой коры, измененной взаимодействием с нагретой метеорной водой, распознаются по ¹⁸ сигнатурам циркона с обедненным кислородом, как это видно в некоторых риолитах Йеллоустонской кальдеры (Bindeman et al., 2008).

Важно отметить, что циркон δ ¹⁸ O показывает степень взаимодействия материнских пород магмы с флюидами и температуру обмена в направлении ¹⁸ O / ¹⁶ O фракционирование относительно мантийного значения. . Однако нет простой связи между цирконом δ ¹⁸ O и возрастом нахождения источника магмы в коре. В принципе, циркон, изотопный состав кислорода которого находится в равновесии с мантийным перидотитом, мог бы кристаллизоваться непосредственно из мантийной магмы (например,g., базальт и кимберлит) или из анатектического расплава, полученного из древней метагородной породы; low δ ¹⁸ O не только ювенильной коры. Чтобы разрешить эти возможности, циркон δ ¹⁸ O необходимо объединить с чувствительным ко времени (т.е. радиогенным) изотопным индикатором. Вот почему объединение данных изотопов кислорода и изотопов гафния из одного и того же зерна циркона так важно, поскольку как история взаимодействия флюид-порода источника, так и возраст отделения мантии ограничены.

Методы анализа изотопов O в цирконе с помощью SIMS описаны Cavosie et al. (2005) и Whitehouse and Nemchin (2009) (Cameca IMS 1270), Ickert et al. (2008) (SHRIMP II) и Kita et al. (2009 г.) и Вэлли и Кита (2009 г.) (Cameca IMS 1280). Читатель может обратиться к этим публикациям для получения подробных аналитических протоколов. Вкратце, образцы подвергаются воздействию первичного ионного пучка ¹³³ Cs ⁺, где распыленные ионы кислорода извлекаются, ускоряются с помощью электростатического анализатора и масс-анализатора (магнита) перед сбором и измерением в чашках Фарадея.Образцы должны быть покрыты тонким слоем проводящего материала (например, Au), а для компенсации заряда используется электронная пушка. Каждый анализ занимает ~ 3,5 мин и обычно требует менее 1 нг материала для пятна размером 10 мкм (Kita et al., 2009). Инструментальное массовое фракционирование и дрейф корректируются частым анализом цирконов с известным и гомогенным изотопным составом кислорода. Цирконы, изотопный состав кислорода которых был охарактеризован с помощью лазерного фторирования с этой целью, включают 91500 (Weidenbeck et al., 2007), KIM5 (Valley, 2003), Temora 2 (Valley, 2003) и FC1 / AS3 (Trail et al., 2007b). В дополнение к низкому полирующему рельефу, точный анализ изотопов кислорода требует особого внимания к размещению образцов и стандартов X — Y , которые идеально расположены в непосредственной близости и к центру держателя зерна (Valley and Kita, 2009; Белый дом и Немчин, 2009). Воспроизводимость от пятна к пятне ~ 0,3 ‰ (2 SD) сообщается для хорошо подготовленных образцов с использованием Cameca IMS 1280 (Kita et al., 2009).

Как и любой другой метод микроанализа, точность определения циркона δ ¹⁸ O с помощью ионного микрозонда зависит от природы и качества материала образца. Обоснованный выбор мишени имеет первостепенное значение, поскольку результаты могут быть скомпрометированы из-за неровностей поверхности и включений (Cavosie et al., 2005). Некоторые рабочие замачивают образцы циркона на ночь в холодной плавиковой кислоте, чтобы удалить измененные и метамиктные домены циркона перед заливкой зерен в эпоксидную смолу для анализа SIMS δ ¹⁸ O (Wang et al., 2009, после Valley, 2003). Если цирконы впервые были проанализированы на изотопы U – Pb с помощью ионных микрозондов Cameca, необходимо также принять меры, чтобы избежать участков, затронутых имплантацией ¹⁶ O из первичного пучка, что может снизить измеренное значение δ ¹⁸ O на 2 ‰ (М. Уайтхаус, личное сообщение, 2011). Это требует либо легкой повторной полировки зерна, либо нацеливания на другую область кристалла для измерений δ ¹⁸ O.

Руководство по выбору ионно-лучевых пушек и электронно-лучевых пушек

Ионно-лучевые (IB) пушки и электронно-лучевые (EB) пушки — это устройства, которые испускают заряженные частицы (ионы и электроны соответственно), направленные в пучок, которые используются для анализа или подготовки поверхности, физики частиц, отверждения смол, испарения и сварки. .Электронные лучи обеспечивают более мелкие длины волн, чем другие проецируемые частицы, что дает им лучшие возможности визуализации для таких приложений, как электронная микроскопия.

Ионно-лучевые пушки и электронно-лучевые пушки работают по-разному в зависимости от типа конструкции, но все они используют одни и те же принципы работы. Пистолет содержит твердую нить накала, газ или жидкость внутри катода, который возбуждается за счет сильного тепла или высокого напряжения внутри вакуума. С помощью лазера или источника заряженные частицы высвобождаются из возбужденного вещества и направляются через отверстие через анод.Электроны или ионы направляются в пучок, который можно использовать для различных приложений.

Системные компоненты

Части системы пистолета IB или EB, помимо самого пистолета, включают источник питания, вакуумный насос или камеру, подачу рабочей газовой смеси, систему охлаждения, систему управления и контрольное оборудование. Специальные тигли также используются для хранения материалов, испаряемых или обрабатываемых электронно-лучевой пушкой. Testbourne Ltd имеет таблицу выбора тиглей для определения правильного материала конструкции тигля для различных испарителей.

Тигли для электронных пушек. Схема испарения ЭП. Кредит изображения: Testbourne Ltd

Автоматизация процессов в типичной системе EB или IB включает:

Схема системы вакуумного насоса
Регулятор давления вакуума
Скорость подачи материала и скорость выхода слитка
Управление высоким напряжением и током эмиссии на базе процессора
Автоматическое распределение мощности луча на базе ПК
Сбор и архивирование данных

Выбор лучевой пушки

Выбор ионно-лучевой пушки или электронно-лучевой пушки требует от промышленного покупателя рассмотрения желаемого типа, его конструктивных характеристик и различных дополнительных функций.

Типы пистолетов IB и EB

Существует ряд различных типов электронных и ионных пушек, классифицируемых по механизму излучения.

Термоэлектронная эмиссия Пушки излучают электроны или ионы из металла или другого материала покрытия, нагревая нить эмиттера или катода, чтобы передать энергию, достаточную для преодоления работы выхода излучающего материала.

Нити обычно изготавливаются из гексаборида вольфрама или лантана в зависимости от типа желаемых свойств.

Вольфрам	Гексаборид лантана (LaB ₆)
Стабильный ток пучка	Стабильный ток пучка
Короткая жизнь	Срок службы увеличен в 10 раз
Большой наконечник	Меньший наконечник
Большая излучающая поверхность (диаметр зонда)	Меньшая излучающая площадь (диаметр зонда)
Низкая яркость	Более высокая яркость (в 10 раз больший ток)
Высокая работа выхода	Работа нижней части
Высокая скорость испарения	Средняя скорость испарения
Нижний вакуум (10 ^-6 Торр)	Высший вакуум (10 ^-7 Торр)
Рабочая температура 2700 K	Более высокое разрешение (за счет более тонкого луча)
Рабочая температура 2700 K	1700 K рабочая температура

Таблица 1 — Сравнение свойств филаментов из гексаборида вольфрама и лантана.Предоставлено: Drexel University

.
Фотокатодная эмиссия Пушки испускают электроны из отрицательно заряженного электрода, покрытого светочувствительным составом. Излучение происходит при ударе фотона по электроду.
Схема типовой установки фотокатодной электронно-лучевой пушки. Кредит изображения: DESY
Автоэлектронная эмиссия или холодно-эмиссионные пушки излучают электроны с твердой (чаще всего) или жидкой поверхности с помощью электростатического поля.
Излучение источника плазмы пушки излучают ионы из источника плазмы, индуцируя их электричеством.Плазма — это состояние вещества, в котором внешние электроны не удерживаются на остальных атомах или молекулах, поэтому в газообразном облаке есть свободные электроны и свободные ионы.
Технические условия на проектирование
Конструктивные характеристики включают конструкцию, производительность и рабочие характеристики пистолета IB или EB.
Строительство
Продукция может различаться по конструкции в зависимости от размера, веса, метода фокусировки или типа генерации электрического поля.
Размер можно измерить на основе физических размеров электронной или ионной пушки (например,грамм. высота, длина).
Вес — это общая масса продукта, обычно измеряемая в килограммах или фунтах.
Методы фокусировки используются для направления частиц в пучок. Это может быть сделано исключительно с помощью электростатического поля, которое заряжает аноды для направления частиц, или с дополнительной помощью магнитных полей. Магниты также используются с ионно-лучевыми пушками, когда источником ионов является молекулярное соединение. Магниты используются, чтобы помочь разделить нужные ионы, которые нужно спроецировать.
Электрические поля — это поля, создаваемые пушкой для возбуждения частиц для испускания. Пистолеты EB и IB могут использовать поля постоянного тока (постоянного тока) или RF (радиочастоты) в зависимости от конструкции.
Производительность
Технические характеристики используются для описания свойств ионной или электронно-лучевой пушки во время использования.
Максимальная мощность пучка — максимальная интенсивность или энергетическая мощность пучка частиц; мощность луча, создаваемого при пиковом входном напряжении.Обычно он измеряется в киловаттах (кВт). Более высокая мощность луча используется для более инвазивных операций, таких как отверждение или сварка, в то время как более низкая интенсивность используется для обработки и подготовки поверхности.
Ускоряющее напряжение — это величина напряжения, подаваемого на ионную или электронную пушку для возбуждения и ускорения электронов или ионов. Он измеряется в киловольтах (кВ) и связан с мощностью, поскольку оба являются функцией интенсивности луча.
Максимальный угол отклонения используется для обозначения максимального отклонения луча от центральной оси, измеряемого в градусах.Большой угол отклонения означает больший диаметр луча с меньшей концентрацией.
Минимальное время работы катода — это минимальное время, в течение которого катод может эффективно работать до разрушения. Это время обычно измеряется часами.
Стабильность энергии или стабильность луча — это процентное отклонение во времени (например, ± 0,01% в час) выходной энергии из проецируемого луча. Эта стабильность важна для точной калибровки и стабильной работы.
Рабочая температура — это рекомендуемая температура или диапазон температур, при которых устройство должно работать. Иногда производители вместо этого предоставляют максимальную температуру или температуру «прогрева», которая определяет температуру, при которой устройство будет перегреваться.
Эксплуатация
Рабочие характеристики используются для описания других параметров, связанных с работой электронной или ионно-лучевой пушки, помимо самой пушки.
Расход охлаждающей воды — это эффективный расход воды на охлаждение компонентов электронной или ионной пушки при стандартных рабочих условиях.Обычно это измеряется в литрах в секунду (л / с).
Потребляемая мощность — это электрическая энергия, необходимая для питания ионной или электронной пушки. Пользователи должны убедиться, что для выбранного пистолета имеется соответствующий источник питания.
Характеристики
При выборе ионных и электронно-лучевых пушек промышленные покупатели также должны учитывать особенности, которые могут быть включены в различные конструкции.
Регулируемый размер пятна луча — это функция, которая позволяет пользователю изменять диаметр луча.Это может быть особенно важно для некоторых применений, таких как сварка или напыление, где для разных проектов требуются области луча разного размера.
Возможность развертки — это диапазон частот развертки луча, на который может быть установлена электронная пушка. В приложениях визуализации, изменяя частоту напряжения строчной развертки, можно изменить количество циклов просматриваемой формы волны.
Простота замены нити накала и эмиттера может быть удобен для громоздкой или трудоемкой замены деталей изделия.
Приложения
Ионно-лучевые пушки и электронно-лучевые пушки используются во многих областях, включая электронно-лучевые трубки, испарение, электронные микроскопы, сварку, сверление, плавление, масс-спектрометрию вторичных ионов и стерилизацию медицинского оборудования. Ионные и электронно-лучевые пушки и аксессуары также используются для измерения поперечных сечений столкновений электронов, скоростей тяжелых частиц и электрических полей.
Список литературы
ALD Vacuum Technologies — Электронно-лучевая плавка
Червона Хвиля — газоразрядные электронно-лучевые пушки
DESY — Источник электронов
Kimball Physics — Глоссарий по электронным и ионным пушкам
Testbourne Ltd — Тигли для электронно-лучевой пушки
Кредит изображения:
SPECS ^TM, GB Сварка

Электронные пушки | IOPSpark
Электрон
Квантовая и ядерная
Электронные пушки
Руководство для преподавателей для 14-16
Когда кусок металла нагревается, электроны уходят с его поверхности.Эти свободные электроны можно ускорить в вакууме, образуя пучок. Поверхность горячего металла и ускоряющие пластины иногда называют «электронной пушкой».
В электронной пушке металлическая пластина нагревается небольшой нитью накала, подключенной к низкому напряжению. Некоторые электроны (электроны проводимости) могут свободно перемещаться в металле — они не связаны с ионами в решетке. По мере нагрева решетки электроны приобретают кинетическую энергию. Некоторые из них получают достаточно кинетической энергии, чтобы ускользнуть от поверхности металла.Иногда мы говорим, что они «выкипают» с поверхности или «испаряются» с нее. Хотя они не образуют газ в строгом смысле слова, это хорошее описание.
Если горячая металлическая пластина находится в вакууме, испаренные электроны могут свободно перемещаться. Электроны можно отвести от горячей поверхности пластины, поместив рядом положительный электрод (анод). Анод создается путем подключения электрода к положительному выводу источника питания, а горячая пластина подключается к его отрицательному выводу.Тогда горячая пластина становится катодом.
Как только электроны испаряются с поверхности горячей пластины, они притягиваются к аноду. Они ускоряются и врезаются в анод. Однако, если в аноде есть небольшое отверстие, некоторые электроны пройдут через него, образуя пучок электронов, вышедший из катода, или катодный луч.
Этот катодный луч может фокусироваться и отклоняться и может нести небольшие токи. Это основа важных экспериментов, проведенных Дж. Дж. Томсоном и другими.
Дополнительная информация о J J Thomson
Это также основа первых электронных устройств.
Вы можете объяснить работу электронной пушки так:
На одном конце трубки находится маленькая ракета , пушка . В этом ружье стартовая пластина нагревается крошечным электрическим грилем. Пластина имеет специальную поверхность, которая довольно легко пропускает электроны. Электроны отрываются от этой пластины. Они ускоряются в ружье из-за большой разности потенциалов между этой стартовой пластиной («отрицательный катод») и дульной частью ружья («положительный анод»)._
Электроны выходят с большой скоростью через крошечное отверстие в конусообразном дульном срезе.
Электроны продолжают двигаться с этой постоянной скоростью через вакуум, потому что им не с чем сталкиваться — пока они не ударяются о флуоресцентный экран, где они образуют яркое пятно.
Стеклянный шар трубки откачан до очень хорошего вакуума, удалив воздух, который вскоре замедлил бы электроны из-за столкновений. Но тогда впускается очень мало гелия (или водорода).Поскольку атомы гелия излучают зеленое свечение при ударе электрона, вы можете увидеть путь электронов, видимый в виде тонкой линии свечения. (Водород светится синим.)
Внимательно посмотрите на тонкую светящуюся линию. Вы видите путь электронов, летящих через тонкий гелий (или водород), почти в вакуум, сами по себе, без проводов.
Фокусировка
Тонкая лучевая трубка улучшена за счет добавления небольшого конического электрода, часто соединенного с анодом.Это создает сходящееся электрическое поле, которое фокусирует электроны и дает более плотный луч и более четкое пятно на флуоресцентном экране.
радиация — Опасна ли электронная пушка?
Электронная пушка имеет строгие требования к электронике
— это электрический компонент в некоторых вакуумных трубках , который производит узкий коллимированный электронный пучок с точной кинетической энергией.Наибольшее распространение получили электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), используемые в старых телевизорах, компьютерных дисплеях и осциллографах. Они также используются в микроволновых вакуумных лампах с линейным лучом, таких как клистроны, индуктивные выходные лампы, лампы бегущей волны и гиротроны, а также в научных инструментах, таких как электронные микроскопы и ускорители частиц
Смелая шахта.
Вакуум является здесь решающим компонентом, поэтому единственный способ, которым электронная пушка может навредить вам, — это рентгеновские лучи, генерируемые при попадании на переднюю панель телевизора или анод клапана и т. Д.Вы не можете погрузить руку в вакуум, не повредив трубку.
Он также используется в качестве оружия, когда энергия луча высока.
Оружие из лучевых частиц — это оружейная версия этой технологии. Он ускоряет заряженные частицы (в большинстве случаев электроны, позитроны, протоны или ионизированные атомы, но в очень продвинутых версиях могут использоваться более экзотические частицы) до скорости, близкой к световой, а затем стреляет ими в цель. Эти частицы обладают огромной кинетической энергией, которую они передают веществу на поверхности цели, вызывая почти мгновенный и катастрофический перегрев.
Все вышеперечисленное является либо строго засекреченной, либо научно-фантастической информацией.
В любом случае, если кто-то хочет оружие, сделанное из ускоряющихся частиц, электроны не являются хорошим кандидатом: они быстро поглощаются в атмосфере, и их будет трудно получить из вакуума, где они должны быть созданы без кипячения промежуточного продукта. уровень. В качестве оружия больше шансов имеет излучение, чем заряженные частицы.
Я бы не советовал вам попадать в линию луча оружия, и что-либо с достаточно высокой энергией, чтобы вызвать кипение и смерть на цели, также будет производить много рентгеновских лучей, поэтому было бы неразумно обращаться с этим без роботов.
Конструкция электронной пушки
— TWI
Введение
TWI может проектировать, тестировать и производить электронные пушки для различных промышленных и экспериментальных приложений, включая сварку, 3D-печать, наплавку и генерацию рентгеновских лучей.
Лучи генерируются электронными пушками. Тщательный дизайн может дать пучки очень высокой интенсивности, которые могут проецироваться на несколько метров на заготовку в вакуумной камере. Для наших приложений лучи фокусируются с помощью магнитных линз и отклоняются с помощью магнитных катушек отклонения.
Электронные пушки содержат катод, на котором производятся электроны. Катод находится под высоким отрицательным потенциалом, обычно в диапазоне от -30 кВ до -150 кВ. Между катодом и анодом имеется вакуумный зазор, который находится под потенциалом земли. В аноде есть отверстие, поэтому электроны ускоряются к нему и затем проходят через отверстие. Затем они движутся с постоянной скоростью (обычно треть или более скорости света), пока не ударяются о заготовку или цель, где они выделяют свою кинетическую энергию в виде тепла и рентгеновских лучей.
Электронные пушки
Вокруг катода расположен электрод, который формирует электрическое поле для создания электронного луча с требуемыми оптическими свойствами. Если этот электрод находится под еще более высоким отрицательным потенциалом, чем катод, он называется сеткой, чашкой смещения или электродом Венельта, а пушка называется триодом. В этом случае потенциал на сетке контролирует создаваемый ток пучка.
Если электрод вокруг катода имеет тот же потенциал, что и катод, пушка называется диодом, и ток пучка регулируется путем изменения коэффициента излучения катода.Многие катоды являются термоэмиссионными, т.е. они нагреваются, а затем некоторые электроны получают достаточно энергии, чтобы покинуть поверхность материала. Катоды также могут быть изготовлены из плазмы или, для приложений с низким энергопотреблением, могут быть фотоэмиттерами или полевыми эмиттерами.
Моделирование
Электронные пушки разрабатываются с использованием специального программного обеспечения для моделирования, которое, как было установлено, точно предсказывает характеристики луча, генерируемого конструкцией электронной пушки. Программа моделирует электрическое поле, создаваемое электродами пушки и распределением тока пучка.Он моделирует образование электронов на катоде с учетом свойств материала катода.
Выходные данные программного обеспечения обычно представлены в виде лучевых диаграмм или графиков траекторий, которые показывают, как бимлеты, составляющие небольшую часть луча, возникают на поверхности катода, фокусируются и отклоняются электрическими и магнитными полями в колонне пушки.
Недавно в TWI был исследован новый способ визуализации электронного пучка, при котором сгустки электронов, которые вылетают из катода одновременно, отслеживаются по мере их прохождения через колонну пушки.
Информация — Электронный луч — Texas Powerful Smart
переходный диапазон между режимами объемного заряда и насыщения, так что желаемая плотность тока эмиссии может быть получена при самой низкой температуре катода.
Уравнения (9) и (10) дают условия для получения требуемой эмиссии от данного материала катода. Предварительная конструкция катода может быть завершена, если указан материал.
Материалы. Свободные электроны могут быть получены с катодов из многих материалов.Однако основные требования к конструкции пушки заключаются в том, что катод должен иметь низкую работу выхода и хороший тепловой КПД, обеспечивать адекватный ток эмиссии и прост в изготовлении. Помимо всех ограничений, состояние вакуума электронной пушки сильно ограничивает выбор материалов катода.
При низком уровне вакуума (менее 1 x 10-5 мм рт. Ст.) Часто используются материалы с низкой работой выхода и высокой объемной скоростью испарения, такие как барий. Материал сначала содержится в корпусе из другого материала, который обеспечивает структуру и форму катода, а затем мигрирует на поверхность в результате процесса диффузии.Такой катод называется катодом-дозатором. Катод-дозатор генерирует и поддерживает избыток металлического бария на своей поверхности и полагается на этот избыток для своих эмиссионных свойств. В этой конфигурации испарение материалов можно замедлить и легко контролировать.
При уровнях вакуума выше 1 x 10-5 мм рт. Ст. Выбор материала катода ограничивается тугоплавкими металлами, которые имеют более высокую работу выхода и работают при более высоких температурах. Наиболее привлекательными тугоплавкими металлами являются вольфрам и тантал с работой выхода 4.55 и 4,1 эВ соответственно. Температура плавления вольфрама составляет 3410 ° C, а тантала — 2996 ° C. При температурах ниже 2500 ° C тантал излучает в 10 раз больше тока, чем вольфрам. С танталом также легко работать, и его можно формовать в лист для изготовления катодов особой формы.
Если вакуум должен быть рециркулирован в атмосферу, но не эксплуатироваться выше 5 x 10-6 мм рт. Ст., Можно использовать катод из гексаборида лантана (LaB6) с работой выхода 2,4 электронвольта [10]. Это происходит из-за необходимости относительно высоких плотностей эмиссионного тока при более низких температурах эмиссии.Среди других активированных катодов LaB6 гораздо менее чувствителен к таким проблемам, как загрязнение катода и срок службы, но его долговременная стабильность и устойчивость к термоциклированию все еще остаются нерешенными проблемами.
Среди всех этих катодных материалов вольфрам может быть не лучшим во многих отношениях, но для обычных приложений это дешевый, прочный и надежный источник излучения. На сегодняшний день вольфрам остается наиболее важным катодным материалом в области электронно-лучевой обработки, хотя также широко используются тантал, LaB6, а также вольфрам с легирующими элементами, увеличивающими эмиссию.
Формирование и наведение пучка После того, как свободные электроны испускаются из катода, они сначала формируются в четко определенный пучок с желаемым диаметром пучка и фокусным расстоянием, а затем направляются к рабочей точке на заготовке. Это достигается за счет различной конструкции пушки, а также за счет фокусировки и отклонения с использованием принципов электронной оптики.
Рисунок 4. Трехэлектродный телефокусный пистолет. Его большое фокусное расстояние в первую очередь обусловлено полой формой и отрицательным смещением электрода Венельта, который действует как простая электростатическая линза.
Тип пушки Базовая электронная пушка состоит из катода, фокусирующего электрода и анода. Она называется двухэлектродной пушкой, если фокусирующий электрод имеет тот же потенциал, что и катод. Конструкция с разными потенциалами катода и фокусирующего электрода называется трехэлектродной пушкой. Многоэлектродные пушки имеют несколько фокусирующих или управляющих электродов с разными потенциалами.
По аналогии с терминологией световой оптики, он называется осевой пушкой, если элементы системы генерации луча, электростатического поля и самого луча осесимметричны.Существует три основных типа осевых пистолетов для общего использования: пистолет Telefocus, пистолет Gradient и пистолет Pierce.
Пушка Telefocus — это трехэлектродная пушка, см. Рис. 4. Она в первую очередь предназначена для получения относительно большого фокусного расстояния. Эффект длинного фокуса обусловлен полой формой и отрицательным смещением электрода Венельта, который действует как простая электростатическая линза. Он работает следующим образом. Сначала электроны около катода выталкиваются наружу по расходящемуся электрическому полю.Из-за специальной конструкции эквипотенциалы между электродом Венельта и анодом затем становятся плоскими и, наконец, сходятся к аноду (показано пунктирными линиями). На этом заключительном этапе электронный луч получает чистую радиальную скорость внутрь. Величина чистой радиальной скорости внутрь меньше начальной скорости наружу, потому что теперь электроны имеют более высокую энергию. Следовательно, электронный пучок сходится довольно медленно и имеет большое фокусное расстояние. Если смещение на электроде Венельта увеличивается, кривизна поля в катодной области также увеличивается.Следовательно, фокусное расстояние будет больше, потому что исходный электронный пучок более расходящийся. Трассы лучей показаны сплошными линиями. Позиция P — фокус.
Пушка Gradient Gun [11], показанная на Рисунке 5, представляет собой пушка с последующим ускорением. Как и в случае с обычным триодом, относительно высокие напряжения и большие токи управляются небольшим «сеточным» напряжением Vi. Таким образом, общая мощность луча может изменяться в широком диапазоне с небольшим изменением размера пятна. Чтобы в полной мере использовать возможности пушки, полное ускоряющее напряжение должно быть намного больше управляющего напряжения V1.Кроме того, V1 должен быть достаточно высоким, чтобы отводить адекватное излучение от катода.
Во многих применениях в производстве полупроводников требуются однородные высокоинтенсивные электронные пучки. Пирс предположил, что такой однородный электронный пучок может быть получен в ограниченной области, если эта область рассматривается как сегмент интенсивного потока пучка, а электроды, включая катод и анод, имеют такую форму, чтобы поддерживать
я IE
ICathodl
Рис. 5. Триодный градиентный пистолет.Как и в случае с обычным триодом, относительно высокие напряжения и большие токи управляются небольшим «сеточным» напряжением Vi. Таким образом, общая мощность луча может изменяться в широком диапазоне с небольшим изменением размера пятна.
Рис. 6. Двухэлектродный пистолет для прошивки. Он предназначен для создания в условиях ограниченного пространственным зарядом излучения параллельных или слегка расходящихся однородных электронных пучков высокой интенсивности.
одинаковое напряжение по краю сегмента.Так называемая пушка Пирса предназначена для получения в условиях ограниченного объемным зарядом излучения параллельного или слегка расходящегося пучка, см. Рис. 6. В этой конструкции широкий электронный пучок испускается плоским катодом и распространяется параллельно. ламинарный поток с острой плоской или цилиндрической поверхностью. Чтобы этот луч распространялся как параллельный луч, необходимо тщательно учитывать форму электродов вне луча. Самое простое решение — иметь угол между катодом и изогнутой поверхностью анода 67,5 °, что совпадает с эквипотенциальным.Сферически изогнутый катод будет сводить луч. Однако результирующая точка фокусировки будет относительно большой из-за направленной наружу силы пространственного заряда. Пистолет Pierce представляет собой двухэлектродный пистолет и отличается простотой конструкции. Луч может быть параллельным, расходящимся или сходящимся. Эффективность пистолета может достигать 99,9% и более.
Рис. 7. Система двойного отклонения, в которой точка фокусировки в плоскости объекта отклоняется на градус в плоскости изображения.
Наведение луча Пучок, сформированный в пушке, характеризуется параметрами фокусного пятна.Наиболее важными параметрами фокального пятна являются диаметр и расположение фокального пятна на оси, плотность и распределение плотности тока на фокальной плоскости, а также апертура. Задача системы наведения луча — преобразовать эти параметры в параметры, необходимые для конкретного процесса нанесения на заготовку. На рисунке 7 показана простая система направления луча. В этой системе точка фокусировки в плоскости объекта сначала отклоняется системой двойного отклонения, а затем отображается и перефокусируется на плоскость изображения.Для некоторых приложений диаметр луча, сформированного внутри пистолета, должен быть отображен либо в увеличенном, либо в уменьшенном масштабе, чтобы получить луч с определенным диаметром, определенной плотностью тока и определенной плотностью мощности на заготовке. Ток пучка в рабочей точке может быть меньше тока пучка в пушке из-за ограничения диафрагмы. В других случаях может потребоваться, чтобы луч направлялся в рабочую камеру без заметных потерь тока луча.
Как и во всех других применениях электронного луча, наведение луча для обработки электронного луча достигается посредством визуализации, фокусировки и отклонения в соответствии с принципами электронной оптики.Обычно осесимметричные магнитные поля, создаваемые системами магнитных линз, используются для формирования изображений и фокусировки; Для отклонения луча часто используются плоские или скрещенные магнитные бипольные элементы. В случае поворота луча на большие углы могут быть добавлены магнитные секторные поля для дополнительного отклонения.
Магнитные линзы могут создаваться постоянными магнитами. Он также может быть создан электрическими катушками. Простейшие магнитные линзы представляют собой обмотанные железом катушки, как показано на рисунке 8.В этой конфигурации магнитная индукция пропорциональна возбуждению NI, где N — количество витков, а I — ток катушки. Профиль магнитного поля и электронно-оптические характеристики линзы полностью зависят от ширины зазора w и диаметра отверстия полюсных наконечников D. На практике при проектировании линз также следует учитывать аберрацию и астигматизм.
Из уравнений (6) и (7) видно, что все магнитные линзы являются выпуклыми линзами. Эти линзы можно использовать либо для получения увеличенного изображения объекта, либо для создания увеличенного изображения объекта или
Рис. 8.Магнитная линза, создаваемая покрытыми железом катушками, которая является основным элементом оборудования для обработки электронного луча, проецирующего рисунок электронного луча на заготовку.
фокусирует параллельный электронный пучок в точную точку. Предполагая, что переднее и заднее фокусные расстояния выпуклой «тонкой» линзы одинаковы, уравнение линзы Ньютона может быть применено для формирования электронного луча:
Продолжите чтение здесь: M
Была ли эта статья полезной?
.
No related posts.

Каталог разработок ТУСУРа | Электронно-лучевая вневакуумная система с плазменным эмиттером

Описание

Технические характеристики

Преимущества

Область применения

Правовая защита

Электронная пушка высоковольтного тлеющего разряда — Энергетика и промышленность России — № 12 (64) декабрь 2005 года — WWW.

Пушка электронно-лучевая — Энциклопедия по машиностроению XXL

Электронные пушки, работающие в режиме постоянного тока

Электронные пушки, работающие в режиме постоянного тока

Электронно-лучевая пушка

О расширении технологических возможностей современных газоразрядных электронно-лучевых пушек — Новости и статьи

Что такое электронная пушка? — Определение, работа и строительство

Эмиссия электронов

Работа электронной пушки

Конструкция электронной пушки

— обзор

4.11.3.3 Масс-спектрометрия вторичной ионизации

Руководство по выбору ионно-лучевых пушек и электронно-лучевых пушек

Системные компоненты

Выбор лучевой пушки

Типы пистолетов IB и EB

Технические условия на проектирование

Строительство

Производительность

Эксплуатация

Характеристики

Приложения

Список литературы

Кредит изображения:

Электронные пушки | IOPSpark

Электронные пушки

Фокусировка

радиация — Опасна ли электронная пушка?

— TWI

Введение

Электронные пушки

Моделирование

Информация — Электронный луч — Texas Powerful Smart

Добавить комментарий Отменить ответ