Плазменный источник электронов

Союз Совет сиивСфциалистмиесииаРеслублми ОП ИСАЙ И ЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) М. Кл 25 01 рисоеаииением эавваи,йв Феуйерстаавй аевоет ИвР ве аааам взебрете в атерытв 11(5 тт) ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ ческий слой, который образуется с катодной стороны сужения разряда, ускоряет и фокусирует электроны в отверстие анода, что обеспечивает направленный 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 увелицения электрической прочности ускоряющего промежутка вводят специальное расширение, в котором происходит декомпрессияплазмы.Недостатко онов, вого пуча эмитс расширени ость плазмы Изобретение относится к устройст вам для получения интенсивных элект ронных 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),Известны источники электр которых извлечение электронн ка производится с плаэменног тера 11. Для обеспечения высоких физико-тех нологических параметров плазменных источников электронов в разрядной камере создается неоднородная плазма с повышенной плотностью в области токо- отбора. Такая плазма генерируется обычно при сжатии 1 контрагировании) разряда отверстием в специальном элек роде в приборах типа плазмотрон и дуоплазмотрон. Двойной электростатим известных истоцников является то, цто плотна оси расширения много10 20 30 вении с атомами газа. Направленныйрасходящийся поток электронов повыша 3 ет плотность тока на периферии расширения, обеспечивая равномерное распределение плотности электронов плазмы на эмиссионной поверхности. Поддействием ускоряющего напряжения,400 приложенного между электродами 5 и 6,Формируется вогнутая по всей поверхности граница плазмы, что обеспечивает хорошее токопрохождение пучка черезускоряющий электрод, высокую электри 45 ческую прочность ускоряющего промежут.ка и оптимальные условия для дальнейшего Формирования пучка. Кроме того,по сравнению с прототипом, источникпозволяет получать амперные токи пучка без низкочастотных колебаний, бла 50годаря затягиванию перехода в дугус катодным пятном,При расходе газа воздуха 30 см ат/3/ч, токе разряда 0,5 А, магнитномполе 50 Э и ускоряющем напряжении40 кВ получен пучок электронов с током 0,5 А. При этом обеспечиваетсяхорошая фокусировка пучка при изменебольше, чем на периферии, что затрудняет формирование плоской или вогнутой границы; с увеличением ускоряющего напряжения формируется вогнутаятороидальная поверхность плазмы с выпуклостью вблизи оси контрагирования разряда.Известен плазменный источник электронов, содержащий холодный полый катод, ограниченный стенкой с коническим отверстием, анод с эмиссионнымотверстием и ускоряющий электрод21.Недостатком этого устройства являются неудовлетворительные условияФормирования пучкаграницы плазмыи низкая электрическая прочностьускоряющего промежутка вследствиенеоднородной плотности тока по эмиссионной поверхности плазмы.Целью изобретения является улучше"ние фокусировки пучка и повышениеэлектрической прочности ускоряющегопромежутка путем выравнивания плотности тока по эмиссионной поверхностиплазмы,Эта цель достигается тем, что визвестном источнике, содержащем холодный полый катод, ограниченныйстенкой с коническим отверстием, анодс эмиссионным отверстием и ускоряющийэлектрод, по оси полого катода установлен стержень с конической вершиной, выполненный из магнитомягкогоматериала и образующий с отверстиемв стенке полого катода конусный зазор, при этом анод установлен так,что центр эмиссионного отверстия анода совпадает с вершиной конусной поверхности, являющейся геометрическимместом средних точек упомянутого зазора.На чертеже показан предлагаемыйплазменный источник электродов.Источник электродов содержит катод, полость которого Ьбразованр цилиндром 1 из немагнитного материала,стержнем 2, стенкой 3 и магнитопроводом 4, анод 5 и ускоряющий электрод 6. (:тержень 2 и стенка 3 образуют конусный забор с вершиной конуса в плоскости выходного отверстияв аноде 5, Анод 5 со стороны ускоряющего электрода 6 имеет расширение 7,Катушка 8, стенка 3, магнитопровод 4и стержень 2 из Ферромагнитного материала служат для создания поперечного магнитного поля в зазоре. Рабочий газ напускается в катодную полость,Источник работает следующим образом.При наличии магнитного поля в зазоре и,напряжения между катодом и анодом 5 первоначально зажигается слаботочный разряд в скрещенных полях на стенки зазора, который инициирует сильноточный разряд с полым катодом, контрагированный конусным зазором, Разрядный ток достигает 3 А безперехода в дуговой режим. После зажигания разряда магнитная индукция В может быть уменьшена до величиныостаточной индукции В . Двойной электост15 ростатический слой в йорме полутороида, образующийся с катодной стороны зазора, фокусирует электроны. вдоль поверхности конуса, являющейся геометрическим местом средних точек за" зора, Благодаря расположению вершинь конуса в центре выходного отверстияв аноде, через это малое отверстие плазма эффективно проникает в вакуум.Поперечное магнитное поле в зазоре препятствует локализации разрядноготока и обеспечивает постоянство параметров плазмы в зазоре и на выходев вакуум по азимуту.За выходным отверстием анода врасширении электроны расходятся вдоль поверхности того же конуса. Частьэлектронов рассеивается при столкно 5 79109 нии ускоряющего напрлжения в пределах от 5 до 40 кВ и низкочастотные колебания не превышают 11 тока пучка).5Формула изобретенияПлазменный источник электронов,содержащий холодный полый катод,ограниченный стенкой с коническим от Оверстием, анод с эмиссионным отверстием и ускоряющий электрод, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюулучшения Фокусировки пучка и повышения электрической прочности ускоряющего промежутка путем выравнивания плотности тока по эмиссионной поверхности плазмы, по оси полого катода установлен стержень с конической 3 6вершиной, выполненной из магнитомягкого материала и образующий с отверстием в стенке полого катод конусный зазор, при этом анод установлентак, что центр эмиссионного отверс"тия анода совпадает с вершиной конубной поверхностиявляющейся геометрическим местом средних точек упомянутого зазора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Крейндель Ю.Е, Плазменные источники электронов. И., Атомиздат,1977, с. 10.2. Гапоненко Л.Т, и др. Электронная пушка на основе самостоятельного дугового контрагированного разряда.-Электронная обработка материалов,5, 1977, с. 80 (прототип).