Збільшення електричної міцності ускоряющего проміжку електронного джерела

03.04.2017

Курсова на тему Збільшення електричної міцності ускоряющего проміжку електронного джерела при наявності пучка

«Загальна фізика»

Студент

________

Керівник проекту

доц. каф. фізики

_______

АНОТАЦІЯ

В даному курсовому проекті наводиться математична модель, що описує зміну параметрів ускоряющего проміжку плазмового джерела електронів у присутності електронного пучка. Розрахунки, проведені з використанням даної моделі, показали, що модель дає хороше згоду з експериментальними даними. Поставлена задача вирішувалася за допомогою ЕОМ з використанням програми MathCAD

ЗМІСТ

1. Введення 4

2. Опис експерименту і експериментальної установки 6

3. Ефект зростання електричної міцності прискорюючого

проміжку в присутності електронного пучка 8

4. Постановка завдання 11

5. Математична модель 12

6. Розрахунок і обробка результатів 17

7. Висновки 21

Список літератури 22

Додаток 1. Програма MathCAD 23

1. ВВЕДЕННЯ

В даний час в різних технологічних процесах, таких як модифікація поверхневих властивостей конструкційних матеріалів, отримання захисних покриттів, запалювання пучково-плазмового розряду для плазмохимической технології використовується електронні пучки в форвакуумном діапазоні тисків 10-100 мТорр. Для отримання електронного пучка з необхідними параметрами необхідний надійний і ефективний джерело електронів, який міг би генерувати електронний пучок при тисках до 100 мТорр. Ця проблема може бути вирішена за допомогою плазмових електронних джерел, заснованих на використанні газового розряду з «холодними» електродами. Основна перевага систем з плазмовим емітером порівняно з термокатодами – можливість отримувати електронні пучки з необхідними параметрами при порівняно високих (форвакуумний діапазон) тисках робочого газу.

Використання гармат з термокатодом при високих тисках вимагає громіздких і дорогих систем диференціальної відкачування для поділу областей генерації та транспортування електронного пучка. Джерелом електронів в гарматі з плазмовим катодом є плазма газового розряду. Запалити газовий розряд при тиску газу близько 100 мТорр не становить технічної проблеми. В той же час серйозні труднощі виникають на стадії вилучення електронів із плазми і прискорення їх до необхідних енергій. Основна складність полягає в тому, що додаток напруги між пришвидшує електродом (екстрактором) емісійним електродом – електродом, в якому зроблені емісійні отвори (анодом), веде до запалення розряду між двома цими електродами; а це, в свою чергу, веде до зриву процесу генерації пучка. Можливий спосіб уникнути появи цього «паразитного» розряду – виключити «довгі шляху» між емісійним електродом і екстрактором, тобто плоска геометрія ускоряющего проміжку використовується з мінімальною відстанню емісійний електрод – екстрактор. Електрична міцність ускоряющего проміжку у цьому випадку зросте відповідно до закону Пашена. У той же час, в літературі відсутні відомості про систематичних дослідженнях, присвячених досягненню граничної електричної міцності проміжку емісійний електрод – колектор плазмової електронної гармати. Також, відсутня інформації про електронних гарматах з плазмовим катодом, які могли б генерувати постійний електронний пучок з струмами близько 1А і енергією порядку декількох кев на рівні тисків робочого газу близько 100 мТорр.

2. ОПИС ЕКСПЕРИМЕНТУ

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ

При виборі конструкції електронної гармати були враховані вимоги простоти і надійності, а також, стабільної роботи джерела електронів при забезпеченні необхідних значень струму і енергії електронного пучка, в форвакуумном діапазоні тисків робочого газу. Аналіз існуючих типів плазмових електронних джерел показав, що найбільш підходящий тип розряду – це розряду з порожнистим катодом, який найбільш підходить для необхідного діапазону тисків газу.

Збільшення електричної міцності ускоряющего проміжку електронного джерела

зараз розроблено три версії електронної гармати, кожна з яких є поліпшеним типом попередньої. Основні частини електронної гармати наступні: порожнистий катод – 1; плоский анод – 2 з емісійним отвором – 3 діаметром 16 мм, перекритим сіткою; екстрактор – 4. Анод і порожнистий катод, довжиною 100 і діаметром 50 мм, виготовлені з міді. Екстрактор зроблений з нержавіючої сталі.

Малюнок 2.1. Конструкція макета джерела електронів на основі порожнього катода і плоского анода.

Перші версії електронної гармати мали повітряне охолодження. Далі, з-за серйозного збільшення розряду і струму пучка було використано водяне охолодження. Електричне живлення гармати забезпечується двома джерелами: блоком живлення розряду — 2А, 1 кВ – 1А, 10 кВ – для живлення ускоряющего проміжку. Диагностирующие пристрої розташовані в необхідних точках електричної схеми для вимірювання струму Id і напруги Ud розряду, прискорюючої напруги Ue. струму навантаження високовольтного джерела струму емісії Ie. струму ізольованого колектора електронів – струму електронного пучка Ib. Так як тиск газу в анод–катодному проміжку, а також в області прискорення та транспортування електронного пучка однаково, газ заповнює весь об’єм робочої камери рівномірно.

3. ЕФЕКТ ЗРОСТАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ МІЦНОСТІ УСКОРЯЮЩЕГО ПРОМІЖКУ В ПРИСУТНОСТІ ЕЛЕКТРОННОГО ПУЧКА

Основна ідея використовувана при створенні даного форвакуумного плазмового джерела електронів полягає в комбінації порожнистого катода і плоского ускоряющего проміжку для генерації електронного пучка в форвакуумном діапазоні тисків. При розробці даної плазмової електронної гармати необхідно задовольняти двом суперечливим вимогам. З одного боку, досить висока щільність струму може бути досягнута лише у тому разі, якщо реалізовані умови для ефективної генерації плазми, тому що отримана концентрація плазми визначає щільність струму емісії. З іншого боку, електрони можуть бути прискорені тільки при наявності досить високої електричної міцності ускоряющего проміжку, що передбачає відносно слабкі іонізаційні процеси.

Добре відомий факт, що поява заряджених частинок між двома електродами призводить до зниження електричної міцності проміжку з подальшому пробоєм. При дослідженні процесів в ускоряющем проміжку, супроводжуючих роботу гармати, було помічено, що електрична міцність проміжку » анод–екстрактор виявляється вище в присутності електронного пучка, ніж у відсутності пучка. Цей факт знаходиться в суперечності з теорією високовольтного пробою. Щоб проілюструвати цей цікавий феномен була досліджена залежність максимального витягає напруги від тиску робочого газу в присутності електронного пучка в проміжку анод-екстрактор і у відсутності пучка. Результати наведені на рис. 3.1.

Короткий опис статті: електронні джерела Тема: Збільшення електричної міцності ускоряющего проміжку електронного джерела при наявності пучка. Тип: Курсова. Джерела: 3 шт. 1960-1977р.р. У роботі є: зміст, вступ, таблиці 2 шт., додатка 3 шт., малюнки понад 10 шт., виноски 1 шт., висновки 1 шт. Мова: російська. Розмістив (ла): Ігор. Розмір: 99 кб. Категорія: Фізика. Короткий опис: ‘Опис експерименту і експериментальної установки. Ефект зростання електричної міцності ускоряющего проміжку в присутності електронного пучка. Постановка завдання. Математична модель теорії.’

Джерело: Збільшення електричної міцності ускоряющего проміжку електронного джерела при наявності пучка

Також ви можете прочитати