УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ Российский патент 1995 года по МПК H05H5/00 

Изобретение относится к технике ускорения заряженных частиц, конкретно к ускорителям электронов прямого действия с выводом пучка большого сечения в атмосферу. Эти ускорители нашли широкое применение в радиационной технологии, плазмохимии, а также в качестве устройств ионизации электроионизационных лазеров.

Известен ускоритель электронов на основе протяженных термокатодов с использованием планарной конфигурации электронно-оптической системы [1] Катодный блок этого ускорителя содержит плоский отражающий экран, протяженные проволочные термокатоды, управляющую сетку в виде цилиндрических стержней. Анодом электронно-оптической системы служит опорная решетка выводного окна, перфорированная круглыми отверстиями, расположенными по типу плотной упаковки.

Недостатком ускорителя является невысокий коэффициент вывода пучка (отношение тока выведенного в атмосферу электронного пучка к току электронов, падающих на выводное устройство в вакууме), не превышающий 40% при геометрической прозрачности опорной решетки более 60% из-за потерь на внутренних стенках отверстий опорной решетки, так как есть разброс по углу к нормали результирующих скоростей падающих электронов, обусловленный наличием поперечных составляющих скорости, при этом поперечные составляющие скорости в плоскости опорной решетки направлены перпендикулярно катодам.

Известна конструкция ускорителя электронов, в которой уменьшение потерь пучка на выводном окне достигается в планарной электронно-оптической системе с дискретным формированием электронных пучков [2] В такой конструкции формируется ряд дискретных электронных пучков, падающих на отдельные фольговые окошки, образованные элементами опорной решетки выводного окна, при этом шаг расположения протяженных термокатодов равен шагу стержней управляющей сетки и шагу элементов опорной структуры выводного окна. Коэффициент вывода пучка в такой конструкции теоретически может быть даже выше геометрической прозрачности опорной структуры выводного окна.

Недостатком этого ускорителя является сложностью его юстировки относительно опорных элементов выводного окна, поскольку размер элементарной электронно-оптической ячейки, состоящей из термокатода, двух стержней сетки и двух элементов опорной решетки, не может быть выполнен более некоторой величины из-за невысокой механической прочности фольги. Кроме того, в конструкции не устраняются потери электронного пучка на опорных элементах выводного окна вследствие первоначального углового разброса электронов в пучке и неточности юстировки, всегда имеющей место на практике. К тому же толщина опорной решетки по соображениям термомеханической прочности может быть довольно значительной.

Целью изобретения является повышение КПД ускорителя.

Цель достигается тем, что в ускорителе электронов, содержащем анод опорную решетку выводного окна, перфорированную рядами продольных отверстий, ряд протяженных термокатодов, управляющую и экранирующую сетки из протяженных стержней, параллельных термокатодам, опорная решетка выводного фольгового окна перфорируется рядами параллельных продольных отверстий-щелей, оси которых перпендикулярны осям протяженных термокатодов и стержням сеток.

Основным отличительным признаком заявляемого технического решения является расположение протяженных сторон отверстий (щелей) опорной решетки параллельно поперечной составляющей скорости электронов, что позволяет эффективнее использовать большую геометрическую прозрачность щелевых решеток выводных окон ускорителей.

На чертеже схематично показаны ускоритель электронов и работа его электронно-оптической системы. Ускоритель содержит анод опорную решетку 1 выводного фольгового окна. Опорная решетка перфорирована рядами параллельных продольных щелей-отверстий 2. Катодный блок 3 состоит из термокатодов 4, управляющей 5 и экранирующей 6 сеток, отражающего экрана 7, высоковольтного экрана 8. Зазор между экранирующей сеткой и опорной решеткой основной ускоряющий промежуток 9.

Суть предложенного конструктивного решения заключается в следующем. Используя более геометрически прозрачную (по сравнению с наиболее распространенными перфорированными круглыми отверстиями) опорную решетку с продольными отверстиями для уменьшения потерь тока электронов на стенках отверстий, длинная сторона отверстий располагается параллельно поперечной составляющей скорости ускоренных электронов, и при длине щели, равной ширине подлетающего к опорной решетке пучка электронов, прозрачность выводного окна практически может достигнуть геометрической без учета ионизационных потерь при прохождении самой фольги, которые зависят от энергии ускоренных электронов.

Использование: в радиационной технологии, плазмохимии, электроионизационных лазерах. Сущность изобретения: в ускорителе электронов, содержащем анод опорную решетку 1 выводного фольгового окна, перфорированную рядами продольных отверстий 2, ряд протяженных термокатодов 4, управляющую 5 и экранирующую 6 сетки из протяженных стержней, параллельных термокатодам, опорная решетка выводного окна перфорирована рядами параллельных продольных отверстий-щелей, оси которых перпендикулярны осям протяженных термокатодов и стержней сеток. Положительный эффект: повышение КПД ускорителя на 30 40% за счет уменьшения потерь тока электронов на опорной решетке выводного окна. 1 ил.

УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ, содержащий опорную решетку-анод выводного фольгового окна, перфорированную рядами отверстий, систему протяженных термокатодов, управляющую и экранирующую сетки, выполненные из протяженных стержней, параллельных термокатодам, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД ускорителя, отверстия опорной решетки выполнены в виде продольных щелей, большие оси которых перпендикулярны к осям протяженных термокатодов и стержней управляющей и экранирующей сеток.