МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ТОМСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ
І РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ (ТУСУР)
Кафедра фізики
Збільшення електричної міцності прискорюючого проміжку електронного джерела при наявності пучка
Пояснювальна записка до курсового проекту з дисципліни
"Загальна фізика "
Студент
________ <В
Керівник проекту
доц. каф. фізики
В
_______ p> АНОТАЦІЯ
У даному курсовому проекті наводиться математична модель, що описує зміну параметрів прискорюючого проміжку плазмового джерела електронів у присутності електронного пучка. Розрахунки, проведені з використанням даної моделі, показали, що модель дає гарну згоду з експериментальними даними. Поставлена ​​задача вирішувалася за допомогою ЕОМ, з використанням програми MathCAD
ЗМІСТ
1. Введення 4
2. Опис експерименту та експериментальної установки 6
3. Ефект зростання електричної міцності прискорюючого
проміжку у 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. ВСТУП
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 форвакуумному діапазоні тисків 10-100 мТорр. Для отримання електронного пучка з необхідними параметрами необхідний надійний і ефективний джерело електронів, який міг б 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 в порівнянні з термокатодом - можливість отримувати електронні пучки з необхідними параметрами при порівняно високих (Форвакуумний діапазон) тисках робочого газу. p> Використання гармат з термокатодом при високих тисках вимагає громіздких і дорогих систем диференціальної відкачування для розділення областей генерації та транспортування електронного пучка. Джерелом електронів у гарматі з плазмовим катодом є плазма газового розряду. Запалити газовий розряд при тиску газу близько 100 мТорр не складає технічної проблеми. У Водночас серйозні складнощі виникають на стадії вилучення електронів з плазми і прискорення їх до необхідних енергій. Основна складність полягає в тому, що додаток напруги між пришвидшує електродом (екстрактором) і емісійним електродом - електродом, в якому зроблені емісійні отвори (Анодом), веде до запалювання 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 прискорюючого проміжку використовується з мінімальним відстанню емісійний електрод - екстрактор. Електрична міцність прискорюючого проміжку у цьому випадку зросте відповідно до закону Пашена. У той же час, в літературі відсутні відомості про систематичні дослідженнях, присвячених досягненню граничної електричної міцності проміжку емісійний електрод - колектор плазмової електронної гармати. Також, відсутня інформації про електронні 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 І
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 форвакуумному діапазоні тисків робочого газу. Аналіз існуючих типів плазмових електронних джерел показав, що найбільш підходящий тип розряду - це розряд з порожнистим катодом, який найбільш підходить для необхідного діапазону тисків газу.
В
На даний момент розроблені 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 полого катода і плоского анода.
Перші версії електронної гармати мали повітряне охолодження. Далі, через серйозне збільшення розряду і струму пучка було використано водяне охолодження. Еле...
