Способ формирования электронных пучков

"фей .:,П ИСАЙ" 11) 6 юз Советск оциалистическик Республик61) Дополнительно авт, саид-в 2) Заявлеио 22,12.76присоединением заявки 1) 243202 Приоритет - . воудвротвеннвй квинтет6 оввтв Инннотров СССРоо делом нзооретвннйн открытнй 43) Опубликовано 30.08,745) Дата опубликования 53) УДК 621 385014.14 (088,8 Авторы О. К, Назаренко, В. Е. Локшин, С. К. Пацьора, К, С. АкопьянцизобретенияфЮ. В, Зубченко О, А, Металлов, М. П, Кулешов и Л. Н. Гольдфарб Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт электросварки им. Е. О, Патона) СПОСОБ ФОРМИРОВ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧК оба фо вляетс Недостатком извест мирования электронных критичность положения ного сп пучков ьного сеходе фо- сстояние мини ма ка на в чения электронного пучкусирующей линзы, фомагнитной линзы сампервитков 3 Ф катудиаметром П ср, ускниемО,сследующим кусно вязан шки и ее среднимряюшим напряжесоотношением; Изобретение относится к способам фор,мирования пучков заряженных частиц.Известен и широко распространен в электронной технике способ формирования сходящихся электронных пучков апек- тронными пушками с комбинированной электростатической и электромагнитной фокусирующими системами 1,Согласно известному способу, электронный пучок формируется в неоднородном электростатическом поле межэлектродного 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 6 за анодом пушки, позволяет получать изображение кроссовера минимальное сечение электронного пучка) при .саответствукннем увеличении на различных расстояниях от плоскости анода пушки. 2% З,Ч = 9 О) т, е, фокусное расстояние т.о магнитной линзы меняется с изменением тока подмагничивания 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 линзь 1 снижают эксплуатационные характеристики электроннооптической системы в целом.Известен также способ формированияэлектронных пучков, включаюций операцию формирования сходяшегося пучка вэлектронной пушке с анодом и его фокусировку 2, Согласно известному способу фокусировка электронного пучка осуществляется за счет компенсации зарядаэлектронного пучка положительными ионами,Оцнак о, и си ользование и оин ой фокусировки в технике затруднено в силу того, 1 Очто теоретический анализ возможностиее осуществления во многих случаях оказывается затруднен. Кроме того, небольшое значение фокусируюшей разности потенциалов целает затруднительным использование ионной фокусировки в мошныхприборах,Целью изобретения является обеспечение возможности самофокусировки электронного пучка с током от 150 ма до 2 О2 а за счет проявления сил его собственного магнитного поля.Указанная цель достигается тем, чтоэлектронный пучок формируют так,чтоего кроссовер нахоцится в заанодном 2пространстве пушки на расстоянии от поверхности анода, равном 3-5 его диамет-р -грам в вакууме 10 - 10 мм рт, стпричем ускоряющее напряжение, радиуспучка в кроссовере и угол схоцимости 5выбирают в соответствии со слепуюшимисоотношениями: вием сил собственного магнитного полянужны не только токи пучка 3150 мА,Пно и малые углы схоцимости пучка на выходе из прожектора ос й 10 рад, малые-2начальные диаметры пучка на выходе изанодного отверстия в й 1 мм, а такжесравнительно большие ускоряющие напряженияЦск 10 кВ,Если исхоцить из реально достижимыхпараметров электронных пучков, могущихбыть использованными цля электроннолучевой сварки: 5 П2 А, с10 рад,3: 0,1 мм,Бск200 кВ, то вкачествеверхней границы можно принять:АЗП;Ъкс ЮВМсдОтметим, что предлагаемый способформирования пучков, в принципе, не отвергает также и возможности примененияэлектромагнитных фокусируюших систем.Так как на входе в линзу пучок при атомобладает малой расходимостью,тоблагоцаря этому существенно уменьшается сферическая аберрация магнитной линзы.Таким образом, предлагаемый способформирования электронных пучков позволит существенно повысить стабильностьи воспроизвопимость энергетических ипространственных характеристик формируемого пучка а также эффективность и произвоцительность осушествляемого с егопомошью технологического процесса обработки материалов.Благодаря перечисленным преимушествам прецложенный способ формированияэлектронных пучков может найти широкоеприменение при разработке мощных электронных пушек, предназначенных цля сварки и обработки металлов больших толшини крупногабаритных конструкций в высо 50ком и низком вакууме и других областяхэлектроннолучевой технологии, использующих высоковольтные интенсивные электронные пучки. Х А ПВ"цоа П", Вфирдд гпе Э и - ток электронного пучкаси- ускоряющее напряжение;р е - радиус пучка в кроссовереж - угол схоцимости пучка.Сущность изобретения обосновывается следующим образом. Известно, что вэлектронных пучках при отсутствии внешних электромагнитных полей имеют место две рапиальные 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 диаметрам аноцного отверстия. При давлении остаточных газов выше 10 мм рт, ст, преоблапает рассеяние электронного пучка на нейтральных атомах и молекулах, а при меньшем павле нии, чем 10 мм рт, ст., пучок не скомпенсирован положительными ионами. Для самосжатия пучка электронов под цейстФ ор мула из обретени я Способ формирования электронных пучков с током от 150 мА до 2 А, включающий операцию формирования схоцяшеЗаказ 4970/2Тираж 960 1 о дцисн ое И 1 И 11 Г 1 И Государственного комитетц Совета Министров СССР по делам изобретений ц открытий 113035, Москва, Ж, Раушская цаб., д, 4/5фили, л 1 ШГ 1 1 атецт, г, Ужгород, ул, 1 роектцая, 4 гося пучка в электроннойпушке, с анодом и его Фокусировку, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности самофокусировки электронного пучка за счет проявления сил его собственного магнитного поля, элек 5 тронный пучок формируют так, что его кроссовер находится В заанолном прострацстве пушки на расстоянии от поверхности анода, равном 3-5 его диаметрам в ваьЯкууме 10 . -10 мм рт, стпричем ус- коряющее напряжение, радиус пучка в кроссовере и угол сходимости выбирают в соответствии со следующими соотношениями; 83 6А д10 Мр 02 у рад ЦОс Я м РОДгде Э и - ток электронного пучка3 с - ускоряющее напряжение,- радиус пучка в кроссовереоб - угол сходимости пучка,Источники информации, принятыево внимание прн экспертизе:1, Молоковский С. И., Сушко А, А.Интенсивные электронные и ионные пучки, Энергия, 1972, с. 35,2, Алямовский И. В, "Электронныепучки и электронные пушки" М., "Советское радио, 1966, с. 328-346,