Устройство для получения и вывода частиц

 

Изобретение относится к электронно-лучевой технике. Устройство для получения и вывода частиц, преимущественно из вакуума в газовую среду высокого давления, содержит источник 1 частиц, буферную камеру 2, в стенке которой имеются выходное отверстие 5 для сброса газа, соосное с диффузором 6, и отверстия 3 и 4 для вывода пучка частиц. Устройство имеет увеличенный ток выводимых частиц. 1 ил.

Изобретение относится к электронно-лучевой технологии, а именно к устройствам для получения и вывода мощных пучков частиц из вакуума в газовую среду высокого давления. Целью изобретения является увеличение тока выводимых частиц. На чертеже представлено предлагаемое устройство. Устройство состоит из источника частиц 1 и буферной камеры 2. В камере 2 выполнены отверстия 3 и 4 для вывода пучка, а также дополнительное отверстие 5 для сброса газа, снабженное диффузором 6. Выходное отверстие 4 устройства расположено в точке пересечения осей источника частиц и диффузора. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии все устройство заполнено газом. При откачке буферной камеры 2 в нее под действием разности давлений P₀ и P₁ через отверстие 4 поступает газ, который формируется в сверхзвуковую недорасширенную струю по линиям тока 7. Обычно из-за их экономичности на первых ступенях откачки применяются насосы, имеющие большую скорость откачки и небольшой предельный вакуум, поэтому в подавляющем большинстве устройств для вывода пучков P₀/P₁<100 и, следовательно, диаметр максимального сечения струи, который определяет входной размер диффузора по отверстию 5, не превышает 5-10 диаметров отверстия 4. Полное напорное давление струи R^* (из отверстия 4) в несколько раз превышает давление газа вне струи (в буферной камере). Благодаря диффузору струя тормозится, ее давление еще более возрастает и почти приближается к давлению газа перед отверстием 4. Это позволяет эффективно удалять газ из буферной камеры через диффузор при высоком давлении. Входное отверстие диффузора располагается на расстоянии h, при котором струя расширяется без возмущения. Для струй, истекающих в вакуум, это расстояние подчиняется зависимости где d - диаметр отверстия 4, м; K - показатель адиабаты газа; P_j - давление на срезе отверстия 4; P₁ - давление в камере 2. где λ_j - коэффициент скорости на срезе отверстия 4; P₀ - давление газа перед отверстием 4 (для отверстия λ_j =1, для воздуха K=1,4, P_j=0,528·P₀). Расположение диффузора на расстоянии h способствует тому, что струя расширяется пропорционально отношению давлений P₀/P₁ без дополнительного отражения в камеру 2. Благодаря этому меньше газа попадает в направлении источника через отверстия 3 и 4. Это позволяет также увеличить мощность выведенных частиц, поскольку при прежнем расходе газа в источник открывается возможность использовать большие отверстия 3 и 4. В известном устройстве через сопло пропускается только затворный газ, в предлагаемом сопла нет, и в устройство проходит только натекающий газ. Это обеспечивает выигрыш в мощности на перекачку газа, которую можно использовать для откачки остального газа, натекание которого добавится при увеличении отверстий 3 и 4 с целью увеличения мощности выведенных частиц. В предлагаемом устройстве весь газ, который попадает в устройство через отверстие 4, пролетает мимо последующих отверстий для вывода 3. Устраняется взаимосвязь между количеством газа в буферную камеру количеством газа в буферную камеру и размером отверстия для вывода. Устранен поток газа по оси вывода пучка что позволяет нарастить мощность выведенных частиц за счет совмещения направления для откачки с направлением на отверстие 4 вывода пучка. Разнос диффузора на расстояние h устраняет критичность режима, что позволяет использовать любые откачные средства. Данное устройство приспособлено к выводу не только осесимметричных, но и профильных пучков (кольцевых, зигзагообразных). В конкретном случае устройство содержит в качестве источника частиц 12-канальный источник электронов на основе высоковольтного тлеющего разряда, работающий при давлениях 2-20 Па (для воздуха). Источник 1 установлен в камере 2 и откачивается насосом ВН-6. Отверстия 3 имеют диаметр по 5 мм и расположены по квадрату с межцентровым расстоянием 200 мм. Ось источника ориентирована на отверстие 4. На расстоянии 50 мм находится входное отверстие сверхзвукового диффузора. Тракт диффузора соединен с вентилятором. Газ (воздух) поступает через отверстие 4 диаметром 12 мм из атмосферы и откачивается в буферной камере до давления P₁=30 кПа насосом ВН-3. Струя истекает с максимальным расширением 20 мм. На выходе диффузора давление газа составляет 95 кПа. В данном устройстве диаметр отверстия 12 мм (площадь 110 мм²). При энергии 70 кэВ можно вывести ток 10 кА. Устройство может быть применено для формирования сверхшироких потоков в газе, когда естественное расширение пучка из-за расширения в газе невелико, например для возбуждения лазерных сред, для стимулирования плазмохимических реакций, для ряда операций по обработке материалов мощными электронными, ионными или молекулярными пучками. Патент США N 3171943, кл. 219-126, 1965. Патент США N 3156811, кл. 219-121, 1964.

Формула изобретения

Устройство для получения и вывода частиц, содержащее источник частиц с выходным отверстием и диффузор, снабженные средствами откачки, отличающееся тем, что, с целью увеличения тока выводимых частиц, в устройство введена буферная камера, в стенке которой выполнено выходное отверстие, соосное с диффузором, расположенное в точке пересечения осей источника частиц и диффузора.

РИСУНКИ

Рисунок 1