Способ формирования электронных пучков

Способ формирования электронных пучков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

)i) 622183

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву

2 (51) M. Кл.

Н 01 J 3/14 (22) Заявлеио22.12.76 (21)243202 с присоединением заявки № (23) Приоритет —. (43) ОпубликованоЭ0.08,78. оюллет (45) Дата опубликования описания

Гвоудврственнвй вомнтет

6оввтв )йнннотров СССР оо делом взооретвннй н аткрытнй (53) УДК 621.385.

° 014.14 (088.8) О. К. Назаренко, В. E. Локшин, С. К. Пацьора, К. С. Акопьянц, 10. В. Зубченко, О. А. Металлов, М. П, Кулешов и Л. Н. Гольцфарб (72) Авторы изобретения

Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт электросварки им. Е. O. Патона (73) Заявитель (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ

;) % =(9...

Известен и широко распространен в электронной технике способ формирования сходящихся электронных пучков апектронными пушками с комбинированной электростатической и электромагни тной фокусирующими системами (1).

Согласно известному способу, электронный пучок формируется в неоднородном электростатическом поле межэлектроцного промежутка электронной пушки катод-анод", а затем впрыскивается через анодное отверстие в пространство дрейфа.

При этом кроссовер пучка может располагаться как в области межэлектродного промежутка, так и в заанодном пространстве электронной пушки. Фокусирующая электромагнитная система, установленная оо за анодом пушки, позволяет получать изображение кроссовера (минимальное сечение электронного пучка) при соответствукннем увеличении на различных расстояниях от плоскости анода пушки. 29

Недостатком известного способа формирования электронных пучков является критичность положения минимального сечения электронного пучка на выходе фокусирующей линзы. Фокусное расстояние магнитной линзы связано с числом ампервитков ) „ Ф катушки и ее средним диаметром О, ускоряющим напряжением 0, < следующим соотношением: т, е, фокусное расстояние f.о магнитной линзы меняется с изменением тока поцмагничивания и ускоряющего напряжения, что ведет к нарушению положения минимального сечения пучка из-за нестабильности питающих устройств. Затруднено воспроизведение положения минимального сечения пучка путем приборного контроля. Отметим; кроме того, что существенные габариты и вес магнитной фокуснруюшей линзы снижают эксплуатационные характеристики электроннооптической системы в целом.

622183

Известен также способ формирования электронных пучков, включающий операцию формирования сходящегося пучка в электронной пушке с анодом и его фокусировку j2j. Согласно известному способу фокусировка электронного пучка осуществляется за счет компенсации заряда электронного пучка положительными ионами.

Однак о, и си ользование и оин ой фокусировки в технике затруцнено в силу того, 1 что теоретический анализ возможности ее осуществления во многих случаях оказывается затруднен. Кроме того, небольшое значение фокусирующей разности потенциалов целает затруднительным использование ионной фокусировки в мощных приборах.

11елью изобретения является обеспечение возможности самофокусировки электронного пучка с током от 150 ма до

2а за счет проявления сил его собственного магнитного поля.

Указанная цель достигается тем, что электронный пучок формируют так,что его кроссовер нахоцится в заанодном пространстве пушки на расстоянии от поверхности анода, равном 3-5 его диамет5 -2 рам в вакууме 10 — 10 мм рт, ст., причем ускоряющее напряжение, рациус пучка в кроссовере и угол схоцимости выбирают в соответствии со следующими соотношениями .

А t1 ц " ирод,(ц„„, В" ир а гпе Э p — ток электронного пучка си- ускоряющее напряжение; — рациус пучка в кроссовере

c6 — угол схоцимости пучка.

Сущность изобретения обосновывается следующим образом. Известно, что вэлектронных пучках при отсутствии внешних электромагнитных полей имеют место две рапияльные силы, которые могут вызвать изменение движения электронов в пучке при неизменных параметрах пучка: электростатическая сила и сила Лоренца.

Электростатическая сила связана с накоплением в пучке положительных ионов, образующихся при ионизации атомов и молекул остаточного, газа или металлических паров, а сила Лоренца связана с проявлением собственного магнитного поля тока пучка ускоренных электронов.

Выполненные исслецования сварочных электронных пучков показали, что электронный пучок уже скомпенсирован положительными ионами при прохождении пути в заанодном пространстве, равного трем — пяти цияметрям яноцного отверстия.

При давлении остаточных газов выше

10 мм рт. ст. преобладает рассеяние

-1 электронного пучка на нейтральных атомах и молекулах, я при меньшем цявле-5 нии, чем 10 мм рт. ст., пучок не скомпенсировян положительными ионами. Для самосжатия пучка электронов под цейстные пучки.

Ф ор муля из обретени я

Способ формирования электронных пучков с током от 150 мА до 2 А, включающий операцию формирования схоцяшевием сил собственного магнитного поля нужны не только токи пучка 3 ) 150 мА, П но и малые углы схоцимости пучка на выходе из прожектора оа и 10 рад, малые

-2 начальные диаметры пучка на выхоце из

5 анодного отверстия 1"я и 1 мм, а также сравнительно большие ускоряющие напряжения Ц ск> 10 кВ, Если исхоцить из реально достижимых параметров электронных пучков, могущих быть использованными цля электроннолучевой сварки: п «< 2 А,с 10 рад, 3: 0,1 мм, Б ск 200 кВ, то вкачестве верхней границы можно принять:

А

2Б и/Д скve<(/О

3 alpag

Отметим, что предлагаемый способ формирования пучков, в принципе, не отвергает также и возможности применения электромагнитных фокусирующих систем.

Так как на входе в линзу пучок при атом обладает малой расходимостью,тоблагодаря этому существенно уменьшается сферическая аберрация магнитной линзы.

Таким образом, предлагаемый способ формирования электронных пучков позволит существенно повысить стабильность и воспроизвопимость энергетических и пространственных характеристик формируемого пучка, а также эффективность и IlpDизвоцительность осуществляемого с его помо пью технологического процесса обработки материалов.

Благодаря перечисленным преимуществам прецложенный способ формирования электронных пучков может найти широкое применение при разработке мощных электронных пушек, предназначенных цля сварки и обработки металлов больших толщин и крупногабаритных конструкций в высо50 ком и низком вакууме и других областях электроннолучевой технологии, использующих высоковольтные интенсивные электрон622

Составитель Е. !!1итова

Редактор H. Коляаа Техред Э, Чужик Коррек1ор ll. Мельниченко

Заказ 4970/2 Тираж 960 1!оаиисное

И1!ИИГ1И Государственного комитета Совета Министров СССР ио делам изобретений и открытий

l 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фили. л 1ШГ! lатент, г. Ужгород, ул. l!роектная, 4 гося пучка в электронной пушке, с анодом и его фокусировку, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения возможности самофокусировки электронного пучка за счет проявления сил его собственного магнитного ноля, элек5 тронный пучок формируют так, что его кроссовер находится в заанодном пространстве пушки на расстоянии от поверхности анода, рВВНоМ 3-5 его диаметрам в ваЯ кууме 10 -10 мм рт. ст., причем ус-„ коряющее напряжение, радиус пучка в кроссовере и угол сходимости выбирают в соответствии со следующими соотношениями:

83 6

А .1„„д

l0 < l0 рад ll ск ос Z" мрс!д где Э и — ток электр опп ого пучка „

Ц сК вЂ” ускоряющее напряжение, — радиус пучка в кроссовере

I оа — угол сходимости пучка.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе:

1, Молоковский С. И., Сушко A, A.

Интенсивные электронные и ионные пучки, Энергия, 1972, с. 35.

2. Алям овский И. В, Электронные пучки и электронные пушки" М., "Советское радио, 1966, с. 328-346.