Газоразрядный источник электро-HOB Советский патент 1981 года по МПК H01J37/77 

Изобретение относится к газоразрядным электронным приборам, конкретно, к газоразрядным источникам электронов, формирующих интенсивные электронные потоки, применяемые в основном для проведения электронной обработки материалов при электроннолучевой сварке, плавке, испарении, размерной обработке, ггайке, отжиге и других технологических операций.

Известны газоразрядные источники элект ронов, которые содержат вогнутый холодный катод, разделительный высоковольтный изолятор, цилиндрический корпус с конусным перфорированным анодом, обращенным основанием конуса к катоду, лучевод с магнитной фокусирующей системой и систему подачи газа 1.

Недостатком известных источников электронов является их короткофокусность и сравнительно большой угол сходимости электронного луча, что обусловлено большой поверхностью вогнутого катода и выпуклой формой прианодной плазмы.

Наиболее близким техническим решением йвляется газоразрядный источник электронов, содержащий холодный катод с выступающей цилиндрической частью, анод и разделяющий их изолятор.

В этом источнике электронов фокусировка пучка осуществляется за счет цилиндрической части развитого катода 2.

Однако и в этом источнике проявляется короткофокусность пучка, с вытекающими из этого недостатками, связанными с узким диапазоном рабочего тока.

Цель изобретения - расширение диапазона по току пучка и повышение ресурса источника путем повышения качества фокусировки электронного -ручка.

Эта цель достигается тем, что центральная часть катода выполнена выпуклой в сторону пучка, анод представляет собой

полый усеченный конус, обращенный вершиной к катоду, при этом между размерами электродной системы выполняются соотношения:

,

0,

0.1$

20

где 8 - высота цилиндрической части катода;DH - диаметр цилиндрической части катода;dK.- диаметр выпуклой части катода; dfl-диаметр отверстия в вершине конуса;Л - длина свободного пробега ионов в плазме; ёцд- расстояние между вершиной выпуклой части катода и анодом , где рдо-давление газа; Qto- сечениевза имодействия электронов с частицами плазмы. На фиг. 1 изображена конструкция источника; на фиг. 2 - форма границы плазмы в полости анода. Газоразрядный источник электронов содержит холодный катод 1, имеюш,ий цилиндрическую 2 и выпуклую 3 части. Анод 4 выполнен в виде усеченного полого конуса. Анод 4 и катод 1 разделены изолятором 5, образующим газоразрядную камеру 6. Рабочий газ подается через анод 4 с помощью капилляра 7. На чертеже показаны также электронный пучок 8 и граница плазмы 9. Источник электронов работает следующим образом. С помощью вакуумной системы в газоразрядном источнике получают рабочее давление газа ( торр), подаваемого от натекателя через капилляр 7, и включают систему водяного охлаждения. При подаче на катод 1 высокого отрицательного потенциала (30 кВ) относительно заземленного анода 4, между ними зажимается высоковольтный тлеющий разряд, в котором образуется прианодная плазма 9. Образующиеся в ней ионы выбивают электроны с поверхности холодного катода 1, образуя электронный поток 8. Выпуклая центральная часть 3 холодного катода и конусный анод 4, обращенный вершиной к катоду, обеспечивают образование вогнутой границы прианодной плазмы 9 (фиг. 2) и формирование электронного луча 8 с малым углом сходимости на выходе анода 4. Вогнутая форма прианодной плазмы и расстояние между катодом и анодом должны быть выбраны в соответствии со следующими соотношениями S п 1 (1); « 0,4-1 (2); тч - J - 1г 01-1 (3); . (4), где 8 - высота цилиндрической части каDK - диаметр цилиндрической части катода;dn-диаметр выпуклой части катода; ёд- диаметр отверстия в вершине анода; Л - длина свободного пробега ионов плазмы; d j-расстояние между вершиной выпуклой части катода и анодом. I L -гг-- - критерии долговечности, в котором рдо-давление газа; Qco- сечение взаимодействия электронов с частицами плазмы. Величина А. определяется ро известным., газокинетическим условиям. Критерий Ь может быть рассчитан также по формуле: т /Ipf f/Z. - дЧ где IP-ток разряда газоразрядного источника электронов; tf - заданный срок службы холодного катода; л - отношение длины окружности к ее диаметру; А j tr - постоянная, характеризующая стрйкость данного материала катода к ионной бомбардировке; jp-средняя плотность тока разряда; tgot - тангенс угла сходимости элект ронного пучка; г - радиус рабочей части катода. Соотношения (1) и (2) определяют условия фокусировки электронного катода, эммитируемого выпуклой частью холодного катода. Соотношение (3) -условие отсутствия плазмы во входном отверстии конусного анода, частично помещенного в область катодного падения потенциала ВТР. Основным является соотношение (4), которое определяет положение границы плазмы относительно электродов катода и анода, а также долговечность и угол сходимости электронного луча . В предлагаемой электродной системе электроннооптические характеристики зависят в основном от формы прикатодных электродов и расстояния катод-анод, т. е. электронная оптика получается жесткой, так как влияние на нее подвижной плазменной границы сведены к минимуму. Этим достигается расширение диапазона изменения параметров ГРИЭ с сохранением его электроннооптических характеристик. Преимущества данной конструкции заключаются в ее длиннофокусности и больщом сроке службы холодного катода, более широком диапазоне рабочих токов луча. Это позволяет получить остронаправленное воздействие электронного пучка на обрабатываемую деталь. Формула изобретения Газоразрядный источник электронов, содержащий холодный катод с выступающей цилиндрической частью, анод и разделяющий их высоковольтный изолятор, отличающийся тем, что, с целью расщирения диапазона по току пучка и повышения ресурса путем повышения качества фокусировки электронного пучка, центральная часть катода выполнена выпуклой в сторону пучка.