Плазменный источник электронов

 

Союз Соиятсимк

Сециалистююсимк

Реслублми

ОП ИСАЙ И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii 79 1 098 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22)Заявлено 07.08.79 (21) 2806252/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30. 01. 82. Бюллетень М 4

Дата опубликования описания 0 1. 02. 82 (53 ) М. Кл.

H 01 J 27/02 фтвуйарстввюйй яаеятет

COOP ав ваяем язвбретсай я атврытнй (53) УДК 6». 791.. 72 (088. 8) Б.И. Журавлев, О.А. Богатырев, A.À. Каплан, Л.Н. Гольдфарб, В.A. Никитинский, В, rl. Купреев и В. Я. Маслак (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

В,lTQ (54) ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ

Изобретение относится к устройствам для получения интенсивных электронных пучков в непрерывном режиме и на длинных импульсах и может быть использовано для различных технологических операций в вакууме и среде агрессивных газов низкого давления (сварки, вакуумной плавки, распыления, обработки материалов электронным лучом), t0

Известны источники электронов, в которых извлечение электронного пучка производится с плазменного эмиттера (1).

Для обеспечения высоких физико-тех15 нологических параметров плазменных источников электронов в разрядной камере создается неоднородная плазма с повышенной плотностью в области токоотбора. Такая плазма генерируется обычно при сжатии (контрагировании) разряда отверстием в специальном электроде в приборах типа плазмотрон и дуоплазмотрон. Двойной электростати2 ческий слой, который образуется с катодной стороны сужения разряда, ускоряет и фокусирует электроны в отверстие анода, что обеспечивает направ ленный выход электронов в отверстие анода, что обеспечивает направленный выход электронов иэ разряда в вакуум. Плотность заряженных частиц в отверстии анода при этом может быть столь высокой, что с помощью ускоряющего электрического поля не удается сформировать плоскую или вогнутую границу плазмы, необходимую для нормальной работы источника (без пробоя ускоряющего промежутка), При получении интенсивных пучков в приборах такого типа для увеличения электрической прочности ускоряющего промежутка вводят специальное расширение, в котором происходит декомпрессия плазмы.

Недостатком известных источников с расширением является то, что плотность плазмы нв оси расширения много

79109о 4 д Источник работает следующим образом. е- При наличии магнитного поля в зазоре и .напряжения между катодом и

ы- з анодом 5 первоначально зажигается слаботочный разряд в скрещенных полях на стенки зазора, который инициирукт- ет сильноточный разряд с полым катодом, контрагиронанный конусным зазо О ром. Разрядный ток достигает 3 А без перехода в дуговой режим. После за1 ° жигания разряда магнитная индукция

В может быть уменьшена до величины остаточной индукции В . Двойной электост

15 ростатический слой в оорме полутороида, образующийся с катодной стороны зазора, фокусирует электроны. вдоль поверхности конуса, являющейся геометрическим местом средних точек за" е" 20 зора. Благодаря расположению вершины конуса в центре выходного отверстия в аноде, через это малое отверстие плазма эффективно проникает в вакуум.

Поперечное магнитное поле в зазоре

25 препятствует локализации разрядного тока и обеспечивает постоянство параметров плазмы в зазоре и на выходе в вакуум по азимуту. од За выходным отверстием анода в

"" щ расширении электроны расходятся вдоль поверхности того же конуса. Часть электронов рассеивается при столкновении с атомами газа. Направленный расходящийся поток электронов повыша3$ ет плотность тока на периферии расширения, обеспечивая равномерное распределение плотности электронов плазмы на эмиссионной поверхности. Под действием ускоряющего напряжения, приложенного между электродами и 6, фо формируется вогнутая bio всей поверхности граница плазмы, что обеспечивает хорошее токопрохождение пучка через ускоряющий электрод, высокую электрическую прочность ускоряющего промежут4$ ка и оптимальные условия для дальнейшего формирования пучка. Кроме того, по сравнению с прототипом, источник позволяет получать амперные токи пучу ка без низкочастотных колебаний, бла$0 годаря затягиванию перехода в дугу с катодным пятном. лость. больше, чем на периферии, что затру няет формирование плоской или но гну той границы: с увеличением ускоряющ го напряжения формируется вогнутая тороидальная поверхность плазмы с в пуклостью вблизи оси контрагирования разряда.

Известен плазменный источник эле ронон, содержащий холодный полый ка тод, ограниченный стенкой с коничес ким отверстием, анод с эмиссионным отверстием и ускоряющий электрод (2

Недостатком этого устройства являются неудовлетворительные условия формирования пучка (границы плазмы и низкая электрическая прочность ускоряющего промежутка вследствие неоднородной плотности тока по эмис сионной поверхности плазмы °

Целью изобретения является улучш ние фокусировки пучка и повышение электрической прочности ускоряющего промежутка путем выравнивания плотности тока по эмиссионной поверхнос плазмы.

Эта цель достигается тем, что в известном источнике, содержащем холодный полый катод, ограниченный стенкой с коническим отверстием, ан с эмиссионным отверстием и ускоряющ электрод, по оси полого катода уста новлен стержень с конической вершиной, выполненный из магнитомягкого материала и образующий с отверстием в стенке полого катода конусный зазор, при этом анод установлен так, что центр эмиссионного отверстия ан да совпадает с вершиной конусной по верхности, являющейся геометрически местом средних точек упомянутого за зора.

На чертеже показан предлагаемый плазменный источник электродов.

Источник электродов содержит ка тод, полость которого Ьбразованр ци линдром 1 из немагнитного материал стержнем 2, стенкой 3 и магнитопро водам 4, анод 5 и ускоряющий злект род 6. Стержень 2 и стенка 3 образуют конусный забор с вершиной кон са в плоскости выходного отверстия в аноде 5. Анод g со стороны ускор ющего электрода 6 имеет расширение 7.

Катушка 8, стенка 3, магнитопровод 4 и стержень 2 из ферромагнитного матеИ риала служат для создания поперечного магнитного поля в зазоре. Рабочий газ напускается в катодную поПри расходе газа воздуха 30 см ат/

/ч, токе разряда 0,5 А, магнитном поле 50 Э и ускоряющем напряжении

40 кВ получен пучок электронов с током 0,$ А. При этом обеспечивается хорошая фокусировка пучка при измене5 79109 нии ускоряющего напрлжения в пределах от 5 до 40 кВ и низкочастотные колебания не превышают 1 (тока пучка).

S формула изобретения

Плазменный источник электронов, содержащий холодный полый катод, ограниченный стенкой с коническим от- 10 верстием, анод с эмиссионным отверстием и ускоряющий электрод, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения фокусировки пучка и повышения электрической прочности уско- 15 ряющего промежутка путем выравнивания плотности тока по эмиссионной поверхности плазмы, llo оси полого катода установлен стержень с конической

3 6 вершиной, выполненной из магнитомягкого материала и образующий с отверстием в стенке полого катод конусный зазор, при этом анод установлен так, что центр эмиссионного отверс" тия анода совпадает с вершиной конубной поверхности,,являющейся геометрическим местом средних точек упомянутого зазора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Крейндель l0.Е. Плазменные источники электронов. M., Атомиздат, 1977, с. 10.

2. Гапоненко A.Т. и др. Электронная пушка на основе самостоятельного дугового контрагированного разряда.-электронная обработка материалов, 5, 1977, с. 80 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 651 Тираж 758 Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4