ИМПУЛЬСНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК H01J23/06 H01J37/67 H05H5/00 

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к источникам сильноточных импульсных пучков электронов, и может быть использовано для генерации СВЧ-излучения, в исследовательских ускорительных установках, при осуществлении радиационных технологических процессов.

Известен сильноточный импульсный ускоритель электронов, содержащий импульсный источник высокого напряжения (полосковая формирующая линия Блумлейна с разрядником), выход которого подключен к двум расположенным в вакуумной камере электродам аноду и катоду, размещенному на катододержателе, расположенном с возможностью перемещения вручную относительно анода и пропущенном через отверстия в стенке вакуумной камеры и корпусе ускорителя, заполненном жидким диэлектриком (водой), и измерительное сопротивление для определения величины тока пучка электронов [1]
Наличие узла регулировки расстояния между анодом и катодом обеспечивает возможность согласования сопротивления участка анод катод с волновым сопротивлением линии и регулировки тока пучка электронов. Однако выполнение этого узла в виде выходящего из корпуса ускорителя прямого стержня требует взаимной перпендикулярности осей формирующей линии и катода, что ограничивает возможности компоновки блоков пушки. Кроме того, наличие скользящих герметизируемых втулок, проходящих через стенки, разделяющие различные среды (вакуум, жидкий диэлектрик, атмосферный воздух), уменьшает надежность работы, обусловливает сложность конструкции устройства, повышает стоимость изготовления и эксплуатации пушки.

Ближайшим к изобретению техническим решением является импульсная электронная пушка, содержащая импульсный источник высокого напряжения, выход которого подключен к двум расположенным в вакуумной камере электродам аноду и катоду, размещенному на катододержателе, закрепленном относительно корпуса пушки, один из электродов (анод в виде конуса с углом 90^o) установлен с возможностью перемещения относительно другого (катода) с помощью основного сильфона, с разными сторонами которого соединены взаимно перемещающиеся части пушки (вакуумная камера и лайнер с анодом), средство для изменения давления рабочей среды в полости основного сильфона, которым является система откачки вакуумной камеры пушки, и средство для определения величины тока пучка электронов пояс Роговского, подключаемый к измерительному прибору [2]
Как следует из описания прототипа, катод установлен на катододержателе, закрепленном в неподвижной части вакуумной камеры. Анод размещен в лайнере, который соединен с неподвижной частью вакуумной камеры через сильфон. Сильфон позволяет юстировать вакуумную камеру и лайнер относительно оси пушки, т.е. перемещать их поперек оси. В то же время цилиндрический сильфон позволяет осуществлять перемещение анода с лайнером и в осевом направлении. Это перемещение можно осуществить, например, путем изменения давления в вакуумной камере с помощью системы откачки. Соединение с помощью сильфона двух громоздких частей пушки в месте ее наибольшего диаметра обусловливает сложность конструкции. Других средств взаимного относительного перемещения лайнера, анода и катода в описании прототипа не приведено. В статье написано об изменении положения катода вдоль оси диода и о перемещении анода вдоль оси, а также указаны два значения величины зазора между катодом и анодом (113 и 33 мм). Различие между этими значениями достаточно велико 80 мм. Такое перемещение катода не получить изменением давления в вакуумной камере работающей пушки, так как давление должно поддерживаться постоянным в узком интервале значений, в частности (0,5 1)•10^-4 Торр. Следовательно, для изменения расстояния между анодом и катодом используется отсутствующее в описании прототипа средство, которым может быть, например, известное в практике применение сменных катодов. Однако использование сменных катодов означает необходимость разборки пушки, т.е. невозможность регулировки тока пучка электронов в процессе ее функционирования.

С учетом сказанного прототип имеет следующие недостатки:
громоздкость и ненадежность перемещаемой с использованием сильфона части пушки (лайнер с анодом), сложность обеспечения параллельности ее перемещения и, соответственно, сложность и повышенная стоимость такого узла при его использовании для изменения расстояния между электродами;
практическая невозможность регулировки расстояния между электродами в необходимых пределах путем использования обычного для сильфонов способа - изменения давления в полости сильфона, так как давление в его полости, являющейся вакуумной камерой пушки, должно поддерживаться постоянным в узком диапазоне значений глубокого вакуума;
возможные колебания давления в вакуумной камере вызывают незапланированное изменение тока пучка;
необходимость разборки пушки для изменения в широких пределах расстояния между электродами, т.е. сложность регулировки тока пучка электронов.

Указанные недостатки прототипа определяют пониженную надежность работы устройства, отсутствие оперативной возможности изменения расстояния между электродами и регулировки тока пучка во время работы пушки. Между тем, высокая надежность и оперативность регулировки в ходе работы требуется, например, для изменения мощности пучка в непрерывном технологическом процессе, а также для поддержания постоянства тока пучка при изменении эмиссии катода. Сложной проблемой является поддержание постоянного тока пучка при использовании взрывоэмиссионных катодов, у которых материал обращенной к аноду рабочей поверхности непрерывно расходуется в процессе работы, что вызывает изменение расстояния от поверхности катода до анода и, соответственно, постоянное изменение тока пучка в процессе всего времени работы катода. Отсутствие надежных средств поддержания стабильного токового режима импульсных электронных пушек ограничивает их технологические возможности и область использования.

Задачей изобретения является повышение надежности, упрощение эксплуатации, расширение технологических возможностей и области использования импульсных электронных пушек.

Для решения поставленной задачи предложено три варианта устройства.

В первом варианте импульсная электронная пушка, содержащая импульсный источник высокого напряжения, выход которого подключен к двум расположенным в вакуумной камере электродам аноду и катоду, размещенному на катододержателе, закрепленном относительно корпуса пушки, один из электродов установлен с возможностью перемещения относительно другого при помощи основного сильфона, средство для изменения давления рабочей среды в полости основного сильфона и средство для измерения величины тока пучка электронов, отличается тем, что она снабжена управляемым узлом шагового перемещения и дополнительным сильфоном, катоду придана возможность перемещения относительно катододержателя и анода с помощью основного сильфона, при этом в катододержателе выполнена полость, в которой размещен по крайней мере основной сильфон, а средство для изменения давления рабочей среды в полости основного сильфона выполнено в виде дополнительного сильфона и управляемого узла шагового перемещения, выходной элемент которого соединен с одной стороной дополнительного сильфона, другая сторона которого неподвижно закреплена относительно этого узла, причем полости дополнительного и основного сильфонов выполнены сообщающимися между собой.

Импульсная электронная пушка по первому варианту отличается также тем, что дополнительный сильфон и управляемый узел шагового перемещения размещены вне корпуса пушки, а полости основного и дополнительного сильфонов соединены между собой, например, трубкой из диэлектрического материала, пропущенной сквозь отверстия в катододержателе и корпусе пушки.

Импульсная электронная пушка по первому варианту отличается и тем, что дополнительный сильфон и управляемый узел шагового перемещения размещены в полости катододержателя, узел шагового перемещения выполнен электрически управляемым, управляющий вход узла расположен вне корпуса пушки и соединен с входными контактами узла линией связи.

По второму варианту импульсная электронная пушка, содержащая импульсный источник высокого напряжения, выход которого подключен к двум расположенным в вакуумной камере электродам аноду и катоду, размещенному на катододержателе, закрепленном относительно корпуса пушки, один из электродов установлен с возможностью перемещения относительно другого с помощью сильфона, заполненного рабочей средой, средство для перемещения одной из сторон сильфона и средство для измерения величины тока пучка электронов, отличается тем, что она снабжена электрически управляемым узлом шагового перемещения, в катододержателе выполнена полость, в которой размещен и закреплен относительно катододержателя управляемый узел шагового перемещения, управляющий вход узла расположен вне корпуса пушки и соединен с входными контактами узла линией связи, катоду придана возможность перемещения относительно катододержателя и анода с помощью сильфона, который также размещен в полости катододержателя, средство для перемещения одной из сторон сильфона выполнено в виде управляемого узла шагового перемещения, выходной элемент которого соединен с этой стороной сильфона, другая сторона сильфона соединена с катодом, а средняя часть закреплена неподвижно относительно катододержателя.

По третьему варианту импульсная электронная пушка, содержащая импульсный источник высокого напряжения, выход которого подключен к двум расположенным в вакуумной камере электродам аноду и катоду, размещенному на катододержателе, закрепленном относительно корпуса пушки, один из электродов установлен с возможностью перемещения относительно другого, и средство для измерения величины тока пучка электронов, отличается тем, что она снабжена электрически управляемым узлом шагового перемещения, в катододержателе выполнена полость, в которой размещен и закреплен относительно катододержателя указанный узел шагового перемещения, управляющий вход узла расположен вне корпуса пушки и соединен с входными контактами узла линией связи, катоду придана возможность перемещения относительно катододержателя и анода с помощью управляемого узла шагового перемещения, выходной элемент которого соединен с катодом.

Кроме того, импульсная электронная пушка по всем трем вариантам отличается тем, что линия связи выполнена в виде трансформатора, вторичная обмотка которого намотана вокруг катододержателя и соединена с входными контактами узла шагового перемещения, первичная обмотка трансформатора размещена вблизи от внутренней поверхности корпуса пушки и соединена с управляющим входом узла.

Наконец, импульсная электронная пушка по всем трем вариантам отличается тем, что она снабжена блоком управления перемещением катода относительно анода, выполняющим функции: сравнение величины измеренного тока пучка электронов с заданным значением тока пучка, определение наличия алгебраической разности между указанными величинами и при ее наличии выдача соответствующего сигнала управления для перемещения катода с целью устранения выявленной алгебраической разности, причем вход указанного блока управления соединен с выходом средства для измерения величины тока пучка электронов, а выход с управляющим входом узла шагового перемещения.

Выполнение во всех трех вариантах изобретения полости в катододержателе и размещение в ней по крайней мере части средства для перемещения катода относительно катододержателя при обеспечении возможности управления работой этого средства и перемещением катода из пространства, находящегося вне корпуса пушки, обеспечивают наличие нового технического результата возможность оперативного изменения тока пучка электронов непосредственно в процессе функционирования пушки при повышенной надежности работы устройства и в широких пределах. Это расширяет технологические возможности и область применения импульсных электронных пушек. Обеспечивается возможность использования таких пушек в непрерывных технологических процессах. Сказанное свидетельствует о соответствии предложенных вариантов устройства изобретательскому уровню.

Требование единства изобретения для указанных трех вариантов является выполненным, так как все они относятся к одному объекту импульсной электронной пушке одинакового назначения и обеспечивают получение одного вышеуказанного технического результата.

Третий вариант изобретения является самым простым в исполнении. Он содержит наиболее простое средство перемещения катода только узел шагового перемещения, соединенный с катодом.

Второй вариант кроме узла шагового перемещения включает также сильфон, что несколько усложняет устройство, но обеспечивает более широкие возможности по согласованию шага перемещения выходного элемента шагового механизма с требуемым минимальным интервалом перемещения катода.

Первый вариант устройства содержит узел шагового перемещения и два сильфона, что позволяет разместить узел шагового перемещения вне корпуса пушки и обеспечить таким образом его ремонтоспособность без разборки пушки.

Выполнение линии связи с расположенным внутри пушки узлом перемещения катода в виде трансформатора по сравнению с проводной линией позволяет устранить возможность пробоя по линии между находящимся под высоким потенциалом катододержателем и корпусом пушки.

Введение в устройство блока управления перемещением катода относительно анода, включенного между выходом средства для измерения величины тока пучка электронов и входом управляемого узла шагового перемещения, обеспечивает непрерывное автоматическое поддержание на заданном уровне тока пучка и требуемые его изменения при осуществлении технологического процесса.

На фиг. 1 изображен общий вид импульсной электронной пушки по первому варианту выполнения; на фиг.2 узел шагового перемещения; на фиг.3 - блок-схема блока управления; на фиг.4 второй вариант выполнения пушки; на фиг.5 третий вариант выполнения пушки; на фиг.6 блок ручной регулировки тока пучка на фиг.7 соединение выходного штока узла шагового перемещения со стержнем-штоком сильфона в пушке по первому варианту выполнения; на фиг.8 - то же в пушке по второму варианту выполнения; на фиг.9 алгоритм работы блока управления.

Импульсная электронная пушка по первому варианту исполнения (фиг.1) содержит анод 1, неподвижно закрепленный в корпусе 2 пушки. Внутри вакуумной камеры 3 размещен и неподвижно закреплен относительно корпуса 2 с помощью изолятора 4 катододержатель 5. Левый (по чертежу) конец катододержателя 5 соединен с отрицательным выводом импульсного источника высокого напряжения, положительный вывод которого соединен с корпусом 2, т.е. с анодом 1 пушки (на чертеже не показано). На правом конце катододержателя 5 расположен перемещаемый взрывоэмиссионный графитовый или фольговый катод 6 кольцевого сечения для формирования трубчатого пучка электронов 7. Анод 1 соединен с корпусом 2 пушки с помощью фланцевого соединения 8 и имеет цилиндрическое отверстие 9 для пропускания пучка электронов 7 в пространство замедляющей структуры карсинотрона, где формируется СВЧ-излучение (на чертеже не показано). Катод 6 имеет возможность перемещения относительно катододержателя 5 с помощью основного сильфона 10, размещенного в полости 11 катододержателя. Для этого катод 6 закреплен на цилиндрической детали 12, с помощью стержня-штока 13 соединенной с правым подвижным концом 14 основного сильфона 10. Стержень-шток 13 пропущен через сквозное отверстие в дне металлического стакана 16, ввинченного в катододержатель 5. Левый неподвижный конец 15 сильфона 10 прижат к катододержателю 5 стаканом 16. Несущая катод 6 цилиндрическая деталь 12 перемещается в соответствующем ей по форме отверстии конусной детали 17, закрепленной винтовым соединением на детали 18, надетой на конец катододержателя 5. Деталь 18 закреплена относительно катододержателя 5 и стакана 17 с помощью гайки 19.

Часть корпуса 2 пушки, образующая вакуумную камеру 3, соединена фланцевым соединением 20 с другой частью 21 корпуса пушки, образующей полость 22. Последняя заполнена жидким или газообразным диэлектриком (на чертеже не обозначен).

В полости 23 катододержателя 5 расположен соединенный с неподвижным концом 15 основного сильфона 8 конец изоляционной толстостенной трубки 24. Трубка 24 пропущена через отверстие в катододержателе 5 и герметически уплотненное отверстие в корпусе 2 пушки (уплотнение на чертеже не показано) и соединена с неподвижным концом 25 расположенного вне корпуса пушки дополнительного сильфона 26. Изоляционная трубка 24 выполнена, например, из полиэтилена. Подвижный конец 27 дополнительного сильфона 26 соединен со стержнем-штоком 28, пропущенным через отверстие во фланце 29 корпуса 30 сильфона и соединенным с помощью муфты 31 с выходным штоком 32 узла 33 шагового перемещения. Электрический вход 34, 35 узла шагового перемещения 33 соединен с выходом 36, 37 блока управления 38, вход 39 которого соединен со средством для измерения тока пучка поясом Роговского 40 (показан условно). Дополнительный сильфон 26 и узел 33 шагового перемещения закреплены относительно корпуса 2 пушки (на чертеже не показано). В качестве линии связи между выходом 36, 37 блока управления 38 и входом 34, 35 узла 33 шагового перемещения используется в данном случае проводная линия.

Полости сильфонов 10, 16 и соединяющая их трубка 24 заполнены жидкой рабочей средой, например трансформаторным маслом.

Узел 33 шагового перемещения (фиг.2) включает шаговый двигатель 41, расположенный и закрепленный внутри корпуса 42 этого узла. По оси 43 шагового двигателя 41 расположен вал 44. Вал 44 и выходной шток 32 узла 33 соединены между собой червячной парой 45, 46 для преобразования вращения вала 44 в перемещение штока 32. Вал 44 и шток 32 удерживаются в зацеплении друг с другом с помощью цилиндрической детали 47. Для этого вал 44 и шток 32 размещены в охватывающем их сквозном отверстии 48 детали 47, а указанная деталь расположена внутри корпуса 42 узла 33 и закреплена в нем с помощью ввинченной в корпус 42 детали 49. Корпус 42 узла 33 шагового перемещения прикреплен к корпусу 2 пушки, например, с помощью хомутов (на чертежах не показано).

Шаговый двигатель 41 имеет обмотку 50 прямого хода и обмотку 51 обратного хода. Общие концы 52 указанных обмоток соединены с корпусом 42 узла 33, с которым соединен также входной контакт 35 узла. Входной контакт 34 узла 33 соединен с концом 53 обмотки прямого хода 50 через диод 54, включенный в прямом направлении и с концом 55 обмотки обратного хода 51 через диод 56, включенный в обратном направлении. Шаговым двигателем 41 может быть, в частности, шаговое реле типа МШР-4Е-2, имеющее две обмотки управления.

Блок управления 38 (фиг. 3) содержит аттенюатор 57, вход 58 которого является в данном случае входом 39 блока управления, а выход соединен со входом 59 пикового аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 60, выполненного, например, на микросхемах. Выход АЦП соединен со входом ПЭВМ 61, например, типа IBM PC/AT. Аттенюатор 57 может быть выполнен, например, в виде резистивного ослабителя сигнала и требуется при необходимости согласования величины выходного сигнала с выхода средства для измерения тока пучка электронов (в данном случае пояса Роговского 40) с допустимой величиной входного сигнала АЦП 60. Выход 62 ПЭВМ 61 соединен со входом 63 формирователя 64 положительного импульса 65 прямого хода для узла 33 шагового перемещения. Выход 66 ПЭВМ 61 соединен со входом 67 формирователя 68 отрицательного импульса 69 обратного хода для того же узла 33. Формирователи 64, 68 являются импульсными, например, транзисторными усилителями для получения на выходе блока управления 38 импульсов соответствующей полярности с амплитудой и длительностью, достаточной для срабатывания шагового двигателя 41, обеспечивающего перемещение на установленное дискретное расстояние в соответствующую сторону выходного штока 32. С выходами блоков 64 и 68 соединены обмотки, соответственно, 70а и 70б, индуктивно соединенные с обмоткой 71, являющейся выходной обмоткой блока управления 38.

В импульсной электронной пушке по второму варианту выполнения (фиг.4) узел 33 шагового перемещения и составной сильфон 72, 73 расположены внутри катододержателя 5. Роль корпуса узла 33 теперь выполняет катододержатель 5. В полости 74 катододержателя 5 размещен и закреплен шаговый двигатель 41, аналогично показанному на фиг.2, с выходным валом 44, обмотками 50 и 51, диодами 54, 56 и электрическими входными контактами 34, 35. Контакт 35 соединен с катододержателем 5.

Составной сильфон 72, 73 содержит неподвижную часть 75, левый подвижный конец 76 и правый подвижный конец 77. Средняя неподвижная часть 75 этого сильфона закреплена внутри стакана 78 гайкой 79. Полости частей 71 и 72 сильфона сообщаются между собой через отверстие 80 в неподвижной части 74 сильфона и заполнены жидкой рабочей средой. Рассматриваемый составной сильфон 72, 73 можно понимать и как два сильфона (72 и 73), ближние друг к другу концы которых соединены друг с другом (часть 75). Подвижный конец 77 сильфона стержнем-штоком 13 соединен с цилиндрической деталью 12, несущей перемещаемый катод 6. Подвижный конец 76 сильфона соединен со стержнем-штоком 81, пропущенным через отверстие во ввинченной в стакан 78 детали 82. Выступающий влево (по чертежу) из детали 82 конец стержня-штока 81 соединен в процессе сборки с выходным штоком 32 узла 33 шагового перемещения, выполненного аналогично показанному на фиг.2. Выходной вал 44 шагового двигателя и выходной шток 32 соединены между собой, как и в первом варианте исполнения пушки, червячной парой (аналогично указанному на разрезе А-А, фиг.2). Вал 44 и шток 32 размещены в охватывающем их сквозном отверстии 48 детали 47, а указанная деталь расположена в цилиндрической полости катододержателя 5 и удерживается в нем с помощью также вставленного в катододержатель стакана 78, закрепленного относительно катододержателя накидной гайкой 83. Расположение и закрепление деталей 17, 18 аналогично указанному на фиг.1.

В качестве линии связи между выходом блока управления 38 и входом узла 33 шагового перемещения используется трансформатор, включающий первичную обмотку 84 и вторичную обмотку 85. Первичная обмотка 84 со слоем изоляции 86 размещена на внутренней поверхности корпуса 2 пушки. Конец 87 обмотки 84 соединен с корпусом 2 пушки, конец 88 пропущен через герметизированный изоляционный вывод 89 в корпусе 2 пушки и соединен с выходным контактом 36 блока управления 38. Выходной контакт 37 этого блока соединен с корпусом пушки. Вход 39 блока управления 38, как и в первом варианте исполнения, соединен с поясом Роговского. Вторичная обмотка 85 трансформатора с изоляционным слоем 90 размещена на поверхности катододержателя 5. Конец 91 этой обмотки соединен с катододержателем 5, конец 92 через изоляционный ввод 93 пропущен в полость 74 катододержателя и соединен с входным контактом 34 узла 33 шагового перемещения. При необходимости каждая из обмоток 84, 85 снабжена магнитным сердечником, расположенным под обмоткой соответственно на внутренней поверхности корпуса 2 или внешней поверхности катододержателя 5 (на чертежах не показано).

В импульсной электронной пушке по третьему варианту выполнения (фиг.5) внутри катододержателя 5 размещен узел 33 шагового перемещения. Сильфон здесь отсутствует. Соединенный с цилиндрической деталью 12, несущей катод 6, стержень-шток 94 является одновременно и выходным штоком узла 33 шагового перемещения и соединен с выходным валом 44 двигателя 41 червячной парой (как на разрезе А-А, фиг.2). Стержень-шток 94 пропущен через сквозное отверстие в дне стакана 95 (фиг.5), аналогично по внешней форме стакана 78 (фиг.4). Все остальное механическое и электрическое исполнение пушки по третьему варианту аналогично второму варианту, приведенному на фиг.4.

В первом варианте исполнения (фиг.1) трубка 24 может быть проведена из полости 23 катододержателя 5 в пространство вне части 21 корпуса пушки через полость 22, т. е. по чертежу левее диэлектрика 4 (на чертеже не показано). При этом, если отверстие для вывода трубки 24 из катододержателя 5 в полость 22 не герметизировано, то для предотвращения проникновения в вакуумную камеру 3 жидкого или газообразного диэлектрика из полости 22 через полость 23 катододержателя в конструкции катодного узла выполняются уплотнения 95 (показаны условно).

Блок 96 ручной регулировки тока пучка содержит формирователь 97 одиночных импульсов, выход 98 которого соединен с подвижным контактом 99 переключателя 100 на два положения. Один неподвижный контакт 101 переключателя соединен со входом 102 формирователя 103 положительного импульса 65 прямого хода, другой неподвижный контакт 104 переключателя соединен со входом 105 формирователя 106 отрицательного импульса 69 обратного хода. Формирователи 103, 105 аналогичны формирователям 64, 68. Выход каждого из этих формирователей через соответствующую обмотку (107, 108) и индуктивно с ней связанную обмотку 109 соединен с выходом 110, 111 блока 96 ручной регулировки тока пучка. При ручной регулировке тока пучка электронов 7 пушки выход 110, 111 блока 96 подключается ко входу 34, 35 узла шагового перемещения вместо выхода 36, 37 блока 38 управления (фиг.1) или к выводу 88 первичной обмотки 84 и к корпусу 2 пушки (фиг.4, 5). При этом пояс Роговского 40 вместо входа 39 блока 38 соединяется с импульсным вольтметром, отражающим измеряемую величину амплитуды импульса тока пучка (на чертежах не показан).

На фиг. 7 изображена одна из конструкций соединения выходного штока 32 узла 33 шагового перемещения со стержнем-штоком 28 дополнительного сильфона 26 в пушке, выполненной по первому варианту. Здесь соединительная муфта 31 закреплена на концах упомянутых штоков с помощью плотно посаженных штифтов 112. Для предотвращения возможного проворачивания соединенных штоков вокруг их общей оси во втулке 29 размещена шпонка 113, закрепленная штифтом 114. Для предотвращения поворота вокруг своей оси цилиндрической детали 47 узла 33 шагового перемещения между деталью 47 и корпусом 42 указанного узла размещается в процессе сборки шпонка 115. Этот шпоночный узел используется и в других вариантах исполнения пушки.

Одно из исполнений соединения выходного штока 32 узла 33 шагового перемещения со стержнем-штоком 81 сильфона 72 в пушке по второму варианту исполнения приведено на фиг.8. Расположенный на торце штока 32 выступ прямоугольного сечения размещен в соответствующей выемке торца штока 81 и закреплен с помощью плотно посаженного штифта 116. Проворачивание штоков вокруг их общей оси предотвращается с помощью шпонки 117, расположенной в процессе сборки в шпоночной канавке 118.

В пушке по третьему варианту выполнения стержень-шток 94 защищен от проворачивания вокруг своей оси с помощью шпоночного узла, размещенного и выполненного аналогично изображенному на фиг.8. Шпонка может быть размещена также в месте прохода стержня-штока 94 через отверстие в дне стакана 95 (на чертежах не показано).

Описанный выше узел 33 шагового перемещения является электрически управляемым. При использовании в качестве шагового двигателя 41 шагового реле, например типа МШР-4Е-2, имеется возможность управления дискретным перемещением выходного вала 32 этого реле путем нажатия на любой из двух имеющихся в реле рычагов для механического управления перемещением выходного вала 32 в ту или другую сторону. При этом указанное шаговое реле размещается в открытом корпусе узла 33 шагового перемещения в качестве шагового двигателя 41 (фиг. 2) с обеспечением возможности доступа к рычагам реле (на чертежах не показано). Реле имеет выходной вал, соответствующий валу 44 на фиг.2, соединенный червячной парой с выходным штоком 32 узла 33.

При необходимости изменения величины шага дискретного перемещения катода 6 по сравнению с величиной шага перемещения выходного штока 32 узла 33 шагового перемещения в первом и втором вариантах пушки основной (10 или 73) и дополнительный (26 или 76) сильфоны выполняются разного диаметра (на чертежах не показано) при одинаковых других параметрах сильфонов (шаг и форма гофра, жесткость материала сильфона). Так (фиг.1), при диаметре основного сильфона 10 большем чем диаметр дополнительного сильфона 26 перемещение подвижного конца 14 основного сильфона будет меньше перемещения подвижного конца 27 дополнительного сильфона, и наоборот, при меньшем диаметре сильфона перемещение подвижного конца будет больше.

В других вариантах реализации устройства (на чертежах не показано) катод 6 может иметь плоскую, перпендикулярную его оси эмиттирующую электроны поверхность, а анод 1 может содержать перпендикулярный оси катода слой фольги, через которую электронный пучок выводится из вакуумной камеры 3, например, в пространство для осуществления радиационных технологических процессов, в частности для очистки отходящих газов тепловых электростанций от азотистых соединений. Катод 6 может быть не взрывоэмиссионным, а, например, плазменным. Может использовать вращающийся катод. В качестве импульсного источника высокого напряжения могут быть использованы, например, снабженные срезающим разрядником формирующая линия, в том числе совмещенная с трансформатором Тесла, или генератор Маркса и др.

Импульсная электронная пушка по первому варианту исполнения (фиг.1) работает следующим образом.

На катододержатель 5, т.е. на катод 6, подаются импульсы высокого отрицательного напряжения относительно анода 1, вызывающие эмиссию электронов и формирование электронного пучка 7. Величина тока пучка зависит, в частности, от расстояния между катодом 6 и анодом 1 по оси пушки. С датчика тока пучка пояса Роговского 40 на вход 39 блока управления подаются импульсы напряжения, амплитуда каждого из которых пропорциональна величине амплитуды импульсного тока пучка. В блоке управления 38 измеренное значение тока пучка сравнивается с заданным. В зависимости от величины и знака разности сравниваемых значений с выхода блока управления на вход 34, 35 узла шагового перемещения (фиг.2) подается необходимое число положительных 65 или отрицательных 69 импульсов напряжения, попадающих, соответственно, на обмотку 50 прямого хода или на обмотку 51 обратного хода шагового двигателя 41 и вызывающих вращение выходного вала двигателя 41 в ту или другую сторону. Червячная пара 45, 46 преобразует вращательное движение вала 44 в линейное перемещение выходного штока 32 двигателя в ту или другую сторону. Шток 32 соответственно перемещает (фиг. 1) подвижный конец 27 дополнительного сильфона 26, через трубку 24 происходит перераспределение рабочей жидкости между дополнительным 26 и основным 10 сильфонами с соответствующим перемещением подвижного конца 14 сильфона 10, а вместе с ним стержня-штока 13, детали 12 и катода 6. Перемещение катода 6 вызывает соответствующее изменение тока пучка, направленное в сторону приближения его к заданному значению.

Блок управления 38 работает так. Поступающее на его вход 39 импульсное напряжение с пояса Роговского 40 уменьшается по амплитуде в аттенюаторе 57 и подается на вход 59 пикового АЦП 60. На выходе АЦП образуется числовой код, отражающий величину амплитуды импульса тока пучка. Это значение кода подается в процессор ПЭВМ. Алгоритм работы блока управления изображен на фиг.9. После включения ПЭВМ (блок алгоритма 119) в процессор вводится (блок 120) заданное (эталонное) значение величины амплитуды тока пучка с требуемой точностью (I_o± Δ). Далее (блоки 121, 122) предусмотрена возможность коррекции (изменения) в процессе работы ранее установленного значения I_o± Δ. При отсутствии запроса на коррекцию производится измерение текущего значения величины тока пучка I_i (блок 123). При наличии запроса на ввод измененного эталонного значения тока производится его коррекция (блок алгоритма 122).

После измерения осуществляется сравнение эталонного значения I_o± Δ с текущим измеренным значением I_i. Если измеренное значение меньше эталонного (блок 124), производится формирование импульса прямого хода (блок 125). При этом появляется сигнал на выходе 62 ПЭВМ, включающий в работу блок 64 формирования импульса прямого хода, который через обмотки 70а, 71 и выход 36, 37 блока управления 38 поступает на вход 34, 35 узла 33 шагового перемещения. После формирования импульса прямого хода (125) управление передается снова в блок 121 алгоритма и проводится новый цикл измерения.

В случае, когда измеренное значение тока больше эталонного (блок 126 алгоритма), происходит формирование (127) импульса обратного хода. Появляется сигнал на выходе 66 ПЭВМ и в блоке 68 формируется импульс обратного хода 69, поступающий через обмотки 70б, 71 и выход 36, 37 блока 38 на вход 34, 35 узла 33 шагового перемещения. После этого управление также передается в блок 121 алгоритма и начинается новый цикл измерения.

Когда измеренное значение тока не меньше и не больше эталонного, управление из блока 126 алгоритма сразу передается в блок 121 для начала следующего цикла измерения. Формирование импульсов прямого и обратного хода не производится, на выходах 62 и 66 ПЭВМ отсутствуют сигналы, нет импульсов на выходе 36, 37 блока управления 38.

Цикл измерения может быть синхронизирован с частотой следования импульсов тока пучка и повторяться с этой же частотой, а может производиться через определенное число импульсов тока пучка или через определенное время, что задается программным путем (на алгоритме не показано).

При измеренном значении тока меньше заданного на выходе блока управления, т.е. на входе 34, 35 узла шагового перемещения, появляется положительный импульс напряжения 65, который через диод 54 попадает на обмотку 50 прямого хода двигателя 41. Это вызывает перемещение выходного штока 32 двигателя влево (фиг.1 и 2), в ту же сторону перемещается подвижный конец 27 дополнительного сильфона 26. Сжатие рабочей среды в этом сильфоне обеспечивает ее перетекание через трубку 24 в основной сильфон 10 и перемещение его подвижного конца 14 вправо. В эту сторону перемещается и стержень-шток 13 с деталью 12 и катодом 6. Катод 6 приближается к аноду 1, что вызывает увеличение тока пучка электронов.

Если измеренное значение тока пучка больше заданного, на выходе блока управления, т.е. на входе 34, 35 узла шагового перемещения, появляется отрицательный импульс напряжения 69, который через диод 56 попадает на обмотку 51 обратного хода двигателя 41. Это вызывает перемещение выходного штока 32 двигателя вправо вместе с подвижным концом 27 дополнительного сильфона 26, разрежение рабочей среды в этом сильфоне обеспечивает ее отток из основного сильфона 10 и перемещение подвижного конца 14 сильфона вместе с катодом 6 влево, то есть увеличение расстояния между катодом 6 и анодом 1. В результате ток пучка электронов уменьшается. Перемещение катода 6 происходит до тех пор, пока текущее значение тока не будет равно эталонному в пределах установленной точности, так как при равенстве измеренного и эталонного значений токов на выходе блока управления 38 не появляется никакого импульсного напряжения и не производится перемещение катода 6.

Работа устройства, выполненного по второму и третьему вариантам, происходит аналогичным образом, с учетом следующих особенностей. Во втором и третьем вариантах (фиг. 4, 5) импульсы 65, 69 с выхода 36, 37 блока управления 38 передаются на вход 34, 35 узла 33 шагового перемещения через обмотки 84, 85 трансформатора линии связи. Во втором варианте (фиг.4) перемещение выходного штока 32 узла 33 шагового перемещения передается на деталь 12 с катодом 6 через сильфоны 72 и 73. В третьем варианте (фиг.5) вращение выходного вала 44 шагового двигателя 41 с помощью червячной пары обеспечивает перемещение детали 12 с катодом 6 непосредственно через стержень-шток 94.

Ручная регулировка тока пучка используется, в частности, для проведения экспериментов с карсинотроном, а также при сборке и наладке пушки. Ручная регулировка с использованием электрического блока 96 может производиться в пушках, выполненных по любому из трех вариантов исполнения. Ручная регулировка с использованием механически управляемого шагового реле производится только в пушке по первому варианту исполнения с размещением реле вне корпуса 2 пушки. Для регулировки тока пучка оператор подключает к выходу пояса Роговского 40 прибор, показывающий измеряемое значение тока, и сравнивает это значение с требуемым.

При использовании блока 96 ручной регулировки (фиг.6) выход 110, 11 этого блока соединяют со входом 34, 35 электрически управляемого узла 33 шагового перемещения (фиг. 2) вместо выхода блока управления 38. Для изменения тока пучка электронов 7 производят подключение с помощью переключателя 100 выхода 98 формирователя 97 одиночного импульса к одному из блоков 103 или 106 формирования импульса прямого или обратного хода. При необходимости увеличения тока пучка переключателем 100 замыкают между собой контакты 99 и 101 и запускают формирователь 97 одиночного импульса. Импульс на входе 102 формирователя 103 вызывает появление на выходе этого формирователя положительный импульс 65 прямого хода, который при попадании его на вход 34, 35 узла 33 шагового перемещения вызывает, как это описано выше, перемещение катода 6 в сторону анода и соответствующее увеличение тока пучка. Для уменьшения тока пучка замыкают контакты 99 и 105 переключателя 100 и также запускают формирователь 97 одиночного импульса, от которого срабатывает формирователь 106 отрицательного импульса 69 обратного хода. Появление этого импульса на входе узла 33 шагового перемещения обеспечивает перемещение катода 6 в сторону от анода и соответствующее уменьшение тока пучка.

При ручном управлении током пучка с использованием шагового реле типа МШР-4Е-2 для изменения тока оператор нажимает пальцем на один из двух имеющихся в реле рычагов (на чертежах не показаны). Под действием усилия нажатия рычаг поворачивает выходной вал 44 реле (фиг.2) в соответствующую сторону на дискретный угол. Это вызывает соответствующее перемещение выходного штока 32 (фиг.1) узла 33 шагового перемещения, перемещение подвижного конца 27 дополнительного сильфона 26 и перемещение подвижного конца 14 основного сильфона вместе с катодом 6, что обеспечивает требуемое изменение тока пучка электронов.

Сущность изобретения: импульсная электронная пушка содержит импульсный источник высокого напряжения, выход которого подключен к двум расположенным в вакуумной камере электродам - аноду и катоду, размещенному на катододержателе, закрепленном относительно корпуса пушки. Один из электродов установлен с возможностью перемещения относительно другого при помощи сильфона. Пушка включает средство для изменения давления рабочей среды в полости основного сильфона и средство для измерения величины тока пучка электронов. Пушка снабжена управляемым узлом шагового перемещения и дополнительным сильфоном, катоду придана возможность перемещения относительно катододержателя и анода с помощью основного сильфона. При этом в катододержателе выполнена полость, в которой размещен по крайней мере основной сильфон. Средство для изменения давления рабочей среды в полости основного сильфона выполнено в виде дополнительного сильфона и управляемого узла шагового перемещения, выходной элемент которого соединен со стержнем-штоком, закрепленным на подвижной стороне дополнительного сильфона. Другая сторона этого сильфона неподвижно закреплена относительно узла. Полости дополнительного и основного сильфонов выполнены сообщающимися между собой с помощью трубки. 3 с. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Импульсная электронная пушка, содержащая импульсный источник высокого напряжения, выход которого подключен к двум расположенным в вакуумной камере электродам аноду и катоду, размещенному на катододержателе, закрепленном относительно корпуса пушки, один из электродов установлен с возможностью перемещения относительно другого при помощи основного сильфона, средство для изменения давления рабочей среды в полости основного сильфона и средство для измерения величины тока пучка электронов, отличающаяся тем, что она снабжена управляемым узлом шагового перемещения и дополнительным сильфоном, катоду придана возможность перемещения относительно катододержателя и анода с помощью основного сильфона, при этом в катододержателе выполнена полость, в которой размещен по крайней мере основной сильфон, а средство для изменения давления рабочей среды в полости основного сильфона выполнено в виде дополнительного сильфона и управляемого узла шагового перемещения, выходной элемент которого соединен с одной стороной дополнительного сильфона, другая сторона которого неподвижно закреплена относительно этого узла, причем полости дополнительного и основного сильфонов выполнены сообщающимися между собой. 2. Пушка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительный сильфон и управляемый узел шагового перемещения размещены вне корпуса пушки, а полости основного и дополнительного сильфона соединены между собой, например, трубкой из диэлектрического материала, пропущенной сквозь отверстия в катододержателе и корпусе пушки. 3. Пушка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительный сильфон и управляемый узел шагового перемещения размещены в полости катододержателя, узел шагового перемещения выполнен электрически управляемым, управляющий вход узла расположен вне корпуса пушки и соединен с входными контактами узла линией связи. 4. Пушка по п.3, отличающаяся тем, что линия связи выполнена в виде трансформатора, вторичная обмотка которого намотана вокруг катододержателя и соединена с входными контактами узла шагового перемещения, первичная обмотка трансформатора размещена вблизи от внутренней поверхности корпуса пушки и соединена с управляющим входом узла. 5. Пушка по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающаяся тем, что она снабжена блоком управления перемещением катода относительно анода, выполняющим функции сравнения величины измеренного тока пучка электронов с заданным значением тока пучка, определения наличия алгебраической разности между указанными величинами и, при ее наличии, выдачи соответствующего сигнала управления для перемещения катода с целью устранения выявленной алгебраической разности, причем вход указанного блока управления соединен с выходом средства для измерения величины тока пучка электронов, а выход с управляющим входом узла шагового перемещения. 6. Пушка, содержащая импульсный источник высокого напряжения, выход которого подключен к двум расположенным в вакуумной камере электродам аноду и катоду, размещенному на катододержателе, закрепленном относительно корпуса пушки, один из электродов установлен с возможностью перемещения относительно другого с помощью сильфона, заполненного рабочей средой, средство для перемещения одной из сторон сильфона и средство для измерения величины тока пучка электронов, отличающаяся тем, что она снабжена электрически управляемым узлом шагового перемещения, в катододержателе выполнена полость, в которой размещен и закреплен относительно катододержателя управляемый узел шагового перемещения, управляющий вход узла расположен вне корпуса пушки и соединен с входными контактами узла линией связи, катоду придана возможность перемещения относительно катододержателя и анода с помощью сильфона, который также размещен в полости катододержателя, средство для перемещения одной из сторон сильфона выполнено в виде управляемого узла шагового перемещения, выходной элемент которого соединен с этой стороной сильфона, другая сторона сильфона соединена с катодом, а средняя часть закреплена неподвижно относительно катододержателя. 7. Пушка по п. 6, отличающаяся тем, что линия связи выполнена в виде трансформатора, вторичная обмотка которого намотана вокруг катододержателя и соединена с входными контактами узла шагового перемещения, первичная обмотка трансформатора размещена вблизи от внутренней поверхности корпуса пушки и соединена с управляющим входом узла. 8. Пушка по п.6 или 7, отличающаяся тем, что она снабжена блоком управления перемещением катода относительно анода, выполняющим функции сравнения измеренной величины тока пучка электронов с заданным значением тока пучка, определения наличия алгебраической разности между указанными величинами и, при ее наличии, выдачи соответствующего сигнала управления для перемещения катода с целью устранения выявленной алгебраической разности, причем вход указанного блока управления соединен с выходом средства для измерения величины тока пучка электронов, а выход с управляющим входом узла шагового перемещения. 9. Импульсная электронная пушка, содержащая импульсный источник высокого напряжения, выход которого подключен к двум расположенным в вакуумной камере электродам аноду и катоду, размещенному на катододержателе, закрепленном относительно корпуса пушки, один из электродов установлен с возможностью перемещения относительно другого, и средство для измерения величины тока пучка электронов, отличающаяся тем, что она снабжена электрически управляемым узлом шагового перемещения, в катододержателе выполнена полость, в которой размещен и закреплен относительно катододержателя указанный узел шагового перемещения, управляющий вход узла расположен вне корпуса пушки и соединен с входными контактами узла линией связи, катоду придана возможность перемещения относительно катододержателя и анода с помощью управляемого узла шагового перемещения, выходной элемент которого соединен с катодом. 10. Пушка по п. 9, отличающаяся тем, что линия связи выполнена в виде трансформатора, вторичная обмотка которого намотана вокруг катододержателя и соединена с входными контактами узла широкого перемещения, первичная обмотка трансформатора размещена вблизи от внутренней поверхности корпуса пушки и соединена с управляющим входом узла. 11. Пушка по п.9 или 10, отличающаяся тем, что она снабжена блоком управления перемещением катода относительно анода, выполняющим функции сравнения величины измеренного тока пучка электронов с заданным значением тока пучка, определения наличия алгебраической разности между указанными величинами и, при ее наличии, выдачи соответствующего сигнала управления для перемещения катода с целью устранения выявленной алгебраической разности, причем вход указанного блока управления соединен с выходом средства для измерения величины тока пучка электронов, а выход с управляющим входом для шагового перемещения.