ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА Советский патент 1998 года по МПК H01J37/08 

Изобретение относится к электронным пушкам на основе высоковольтного тлеющего разряда и может быть использовано для электронной обработки и сварки.

Известны электронные пушки на основе высоковольтного тлеющего разряда (ВТР), состоящие из холодного катода и полого, имеющего трубчатую форму анода [1].

Характерными особенностями работы газоразрядной электронной пушки являются эмиссия электронов с поверхности холодного катода в результате бомбардировки ее ионами из внутрианодной плазмы, а также формирование и ускорение электронного потока непосредственно в разрядной системе пушки.

Наиболее близким техническим решением является газоразрядная электронная пушка, содержащая цилиндрический холодный катод и составной анод, который состоит из охватывающей анод трубки и расположенной на ее торце насадки, представляющей собой расположенную параллельно торцевой поверхности катода пластину с круглым отверстием и помещенную соосно этому отверстию втулку, выступающую за пределы пластины в сторону, противоположную катоду [2].

Недостатками прототипа являются низкая плотность мощности электронного луча, нестабильность электронно-оптических свойств разрядной системы при изменении режима работы пушки.

Целью изобретения является повышение плотности мощности формируемого электронного пучка и обеспечение стабильности электронно-оптических свойств разрядной системы пушки при различных режимах ее работы.

Цель достигается тем, что газоразрядная электронная пушка, содержащая холодный катод и полый анод, снабжена отдельной системой откачки, а анод выполнен в виде осесимметричного сверхзвукового сопла, расположенного по оси пушки, охватывающего катод и имеющего перфорированные стенки.

На чертеже представлена конструкция газоразрядной электронной пушки.

Электронная пушка состоит из корпуса 1, имеющего в верхней части патрубки 2 для откачки газа, катода 3, имеющего сферически вогнутую рабочую поверхность, расположенного в верхней части корпуса 1 и изолированного от него с помощью изолятора 4, и анода 5, выполненного в виде осесимметричного сверхзвукового сопла (сопла Лаваля), помещенного в нижней части корпуса 1 и охватывающего верхней расширенной частью катод 3. Боковые стенки анода имеют множество отверстий 6, отверстие представляет собой критическое сечение 7 сопла. Корпус 1 установлен на рабочей камере 8, в которой помещается обрабатываемая деталь 9. Рабочий газ в камеру 8 попадает через втулку 10. В исходном состоянии при откачке пушки и подаче в рабочую камеру газа между объемами пушки и камеры устанавливается определенный перепад давления (в пушке 5 • 10^-2 Торр, а в камере 10 Торр). Под действием перепада давления газ из камеры устремляется в сопло. Пройдя критическое сечение 7, по мере расширения сопла поток газа перераспределяется и ускоряется.

Основная масса газа проходит вблизи стенок сопла, образуя линии тока 11. В гиперзвуковом потоке газа перед катодом (на расстоянии 50 - 60 мм от критического сечения сопла) формируется интенсивная ударная волна 12 с огибающим катод фронтом в виде сферы толщиной порядка длины свободного пробега молекул газа (1 - 2 мм) и располагается на некотором расстоянии от катода (≈ 20 мм), зависящем от поперечных размеров и показателя адиабаты газа. Выполнение принципа независимости обтекания тел в гиперзвуковом режиме способствует устойчивой форме и положению ударной волны в широком диапазоне давлений. При подаче на катод 3 высокого отрицательного потенциала (порядка 30 кВ) в пушке возбуждается высоковольтный тлеющий разряд. В месте расположения ударной волны повышена плотность газа и, следовательно, повышена и концентрация плазмы.

В области катодного падения сосредоточено практически все напряжение разряда и благодаря вогнутым формам рабочей поверхности катода и ударной волны эта область играет роль ионно-электронной линзы. Ионы с вогнутой границы плазмы ускоряются в направлении катода и благодаря фокусирующему действию электрического поля попадают в центр рабочей поверхности катода. В результате ионной бомбардировки с поверхности катода выбиваются вторичные электроны. Форма эквипотенциалей электрического поля 13 наряду с вогнутой формой рабочей поверхности катода 3 обеспечивают фокусирующее действие на вторичные электроны, которые в процессе ускорения и фокусирования образуют узкий с высокой плотностью тока электронный пучок, проходящий по оси системы через горловину сопла 7 на обрабатываемую деталь 3.

Предлагаемая электронная пушка не требует дополнительной регулировки при переходе на другой режим работы (ток разряда, напряжение разряда), возможно получение существенного повышения плотности тока и соответственно плотности мощности электронного пучка по сравнению с базовым объектом.

Кроме того, использование конструкции электронной пушки дает возможность вывода электронного луча в газ более высокого давления, т.е. возможность проводить электронную обработку при среднем давлении, что существенно расширяет технические возможности пушки.

Газоразрядная электронная пушка, содержащая холодный катод и полый анод, отличающаяся тем, что, с целью повышения плотности мощности формируемого электронного пучка и стабилизации электронно-оптических свойств пушки при различных режимах ее работы, пушка снабжена отдельной системой откачки, а анод выполнен в виде осесимметричного сверхзвукового сопла, расположенного по оси пушки, охватывающего катод и имеющего перфорированные стенки.

Газоразрядная электронная пушка, содержащая холодный катод и полый анод, отличающаяся тем, что, с целью повышения плотности мощности формируемого электронного пучка и стабилизации электронно-оптических свойств пушки при различных режимах ее работы, пушка снабжена отдельной системой откачки, а анод выполнен в виде осесимметричного сверхзвукового сопла, расположенного по оси пушки, охватывающего катод и имеющего перфорированные стенки.