Zasada działania pistoletu elektronowego CD HCD）

Zasada działania działa elektronowego （HCD）

One.An przeglądu broni elektronowej

Działo elektronowe jest akceleratorem elektronicznego wtryskiwacza, emituje pewną energię, musi mieć silny strumień, średnicę wiązki i emisję Kąt wiązki elektronów [1] (kierunek i siła wiązki elektronów można kontrolować, zwykle za pomocą anody gorącej katody , itp.), elektroda sterująca i kilka przyspieszonych do rury przyspieszającej, wykorzystywanych do dostarczania wiązki elektronów z akceleratorem elektronów, jest ogólnie podzielone na dwa rodzaje emisji cieplnej i emisji pola; Zadaniem działa elektronowego jest uzyskanie wymaganej wiązki elektronów, a struktura materiału i procesu działa elektronowego musi uwzględniać wygodę przetwarzania i konserwacji. Ogólnie rzecz biorąc, konstrukcja działa elektronowego powinna uwzględniać następujące aspekty:

1. Wtryskiwane elektrony mają pewną ilość energii, a struktura działa powinna mieć wystarczającą wytrzymałość na ściskanie, aby wytrzymać pewne napięcie przyspieszenia.
2. Powinien mieć wystarczającą pojemność nadawczą, aby zapewnić wystarczający prąd impulsu.
3. Średnica wiązki i emisja Kąt wiązki elektronów powinien mieścić się w określonym zakresie.
4. Prosta konstrukcja, łatwa obróbka, instalacja i konserwacja.
Pistolety mają długą żywotność.

Dwa. Podstawowe parametry działa elektronowego

W dyskusji na temat broni elektronowej ludzie często używają specjalnych warunków. Oto krótkie wprowadzenie do nich:

1. Współczynnik przewodności
Gdy prąd anodowy jest ograniczony ładunkiem kosmicznym, prąd anodowy (prąd emisyjny) działa elektronowego jest związany z napięciem między anodą a katodą.
Pod ograniczeniem ładunku kosmicznego, niezależnie od kształtu układu elektrod, prawo trzeciej potęgi dwójkowej ma ogólne zastosowanie. Gdy kształt elektrody jest stały, współczynnik przewodności jest na ogół stały, niezależnie od temperatury. Współczynnik przewodności wskazuje zdolność wyrzutni elektronowej do emitowania elektronów. Innymi słowy, współczynnik przewodności jest miarą intensywności wiązki elektronów, która reprezentuje wielkość ładunku przestrzeni wiązki elektronów.

2. Belka w talii
W osiowo-symetrycznym zbieżnym pistolecie elektronowym elektrony są emitowane z katody, a pod działaniem pola elektrostatycznego utworzonego przez ładunek kosmiczny elektrod i samych elektronów w pistolecie powstaje pewien kształt wiązki elektronów. Obszar o najmniejszym promieniu przekroju w wiązce elektronów nazywany jest talią wiązki.

3. Współczynnik kompresji obszaru
Współczynnik kompresji obszaru odnosi się do stosunku między powierzchnią katody a obszarem przekroju poprzecznego talii, jak również stosunek między średnią gęstością prądu w pasie a średnią gęstością prądu emisji katody. Dla wygody obszar kuli katodowej jest zwykle zastępowany przez obszar przekroju katody.

4. Zasięg strzału
Zasięg strzału oznacza odległość między głowicą anody pistoletu a talią wtrysku utworzoną przez pistolet. Ogólnie pożądane jest, aby zakres był wystarczająco duży, aby wiązka elektronów mogła wejść w pole wysokiej częstotliwości w optymalnych warunkach wtrysku.

5. Laminarność
Tzw. Przepływ laminarny wtrysku elektronicznego jest tylko pojęciem jakościowym i zazwyczaj ocenia się go na podstawie tego, czy trajektorie elektronicznego wtrysku krzyżują się, czy przecinają. Wiązka elektronów o dobrym przepływie laminarnym może być skupiona przy niższym polu magnetycznym, a rozogniskowanie wiązki elektronów spowodowane polem wysokiej częstotliwości jest mniejsze. Wręcz przeciwnie, wtrysk elektroniczny o słabym przepływie laminarnym spowoduje słabe natężenie przepływu i większe rozogniskowanie.

Trzy. Struktura działa elektronowego

Niezależnie od rodzaju działa elektronowego, składają się one z emitera elektronów - katody, kształtu ograniczeń wiązki elektronów - ogniska elektronu i przyspieszenia elektrody - anody trzech części. Struktura działa elektronowego w różnych środowiskach może się różnić, ale podstawowe składniki pozostają takie same. Podczas pracy potencjał elektrody ogniskującej jest zwykle równy lub zbliżony do potencjału katody w celu ograniczenia kształtu wiązki elektronów, a napięcie przyspieszające (napięcie anodowe) jest dodawane między katodą i anodą. Gdy elektron jest emitowany z katody, będzie oddziaływać z polem elektrostatycznym ustalonym przez ładunek kosmiczny elektrody i samą wiązkę elektronów, aby utworzyć wiązkę elektronów o określonym kształcie, który zostanie wyrzucony z otworu anody do użytku. Wyrzutnia elektronów działa jak dioda, więc ludzie nazywają ją pistoletem diodowym.

Najpopularniejszym rodzajem wyrzutni elektronowej jest dwuprzewodowy typ Pierce. Strukturę pokazano na rysunku 2.1-2. Składa się głównie z katody, bieguna skupiającego i anody. W środku anody znajduje się otwór, przez który elektrony są wtryskiwane do komory akceleratora. Pistolet elektronowy typu Pierce'a, znany również jako iniekcja osiowo-symetrycznej sferycznej zbieżności Wyrzutnia elektronowa, ma za zadanie wykonać dwie koncentryczne sferyczne części formowania diody. Aby wytworzyć trajektorię elektronów wzdłuż kierunku promienia krzywizny katody, należy zmodyfikować krawędź elektrody sferycznej.

Cztery. Katoda działa elektronowego

Katoda jest jedną z kluczowych części działa elektronowego. Obecnie katoda działa elektronowego w akceleratorze liniowym elektronów ma różne formy, które można podzielić na dwie metody:

Katody z bezpośrednim ogrzewaniem używają głównie czystego wolframu jako materiału katodowego. Katody międzytermiczne generalnie wykorzystują katody tung-wolfram, tlenki, sól skandu i lantan heksaborku, które można podzielić na dwa typy: typ bombardowania i rodzaj ogrzewania.

1. Typ bombardowania: metoda ogrzewania polega na dodaniu setek, a nawet tysięcy woltów do napięcia bombardowania między theronem (filamentem) a katodą. Pod tym napięciem elektrony emitowane z theron bombardującego katodę wyemitują dużą liczbę elektronów ze swojej powierzchni po ogrzaniu katody do pewnej temperatury.

2. Rodzaj ogrzewania: ta katoda, warstwa mieszanki jest przymocowana do cienkiej ściany (rura niklowa lub rura molibdenowa), pod spodem podstawy jest umieszczona izolacja cieplna spiralnego drutu wolframowego. Prąd płynie przez żarnik, który ogrzewa katodę. Kiedy katoda osiąga temperaturę, w której emituje elektrony, emituje je.

Materiał katody i jej temperatura robocza mają decydujący wpływ na zdolność emisyjną i żywotność działa elektronowego. Katoda musi być wykonana z materiałów o niskiej wydajności. Zewnętrzne elektrony atomów na powierzchni katody, wzbudzone przez pewną ilość ciepła lub energii elektrycznej, wyskoczą z niewoli orbity i staną się elektronami swobodnymi.

Katoda żarnika elektronowego typu emitującego ciepło jest wykonana z drutu wolframowego powszechnie, musi polegać na prądzie elektrycznym do ogrzania żarnika do 1000 stopni powyżej, dotyczy to gęstości prądu emisji żarnika i temperatury żarnika oraz energii ucieczki materiału żarnika.

Weźmy na przykład temperaturę drutu wolframowego, jego praca ucieczkowa wynosi 4,55 elektronowolta, przy temperaturze roboczej 2500K, J = 0,5 ampera / cm2 .

Temperatura włókna ma duży wpływ na intensywność emisji elektronów. Jeśli materiał katody z mniejszą ilością pracy uciekającej zostanie przyjęty, temperatura żarnika może być znacznie zmniejszona pod warunkiem uzyskania takiej samej intensywności emisji. Aby przedłużyć żywotność katody tak długo, jak to możliwe, materiał musi mieć wyższą temperaturę topnienia i mniejszą szybkość parowania, i nie jest łatwo go zatruć erozją powietrzną. Temperatura topnienia drutu wolframowego wynosi 3655K, gdy temperatura robocza wynosi 2750K, szybkość parowania wynosi 0,0043 mg / cm • sekunda, drut wolframowy ma silną odporność na korozję. Praca uwalniania katody tlenkowej jest niższa, na przykład, praca uwalniania tlenku baru wynosi tylko 2,8 elektronowoltów, ale jego odporność na korozję jest słaba, na ogół odpowiednia tylko dla 10-5-10-6 MMHG pod wysoką próżnią, przy 10 -4 MMHG, jego moc emisji znacznie się zmniejszyła, przy 10-3 MMHG, nawet poważne zatrucie, nie może być nadal używane.

Pistolet polowy wymaga silnego pola elektrycznego o wartości większej niż 106 woltów / cm w pobliżu powierzchni katody, więc poprawa natężenia pola na powierzchni katody jest skutecznym sposobem zwiększenia intensywności emisji.

Ogólnie rzecz biorąc, natężenie prądu działa elektronowego jest zawsze powyżej 1 miliamperów, impulsowy przepływ elektronów może osiągnąć poziom ampera, a jego żywotność wynosi ponad 100 godzin.

Zasada działania pięciu pistoletów elektronowych

1. Zasada działania pistoletu diodowego

Procesy fizyczne zachodzące w pobliżu katody działa elektronowego są bardzo podobne do procesów zachodzących w diodzie elektronowej. Wiadomo, że przepływ prądu w diodzie jest realizowany przez ruch elektronów emitowanych przez katodę. Jeśli dodatnie napięcie Ua zostało dodane między katodą i anodą diody, katoda była ogrzewana stopniowo (napięcie grzewcze żarnika Uf było stopniowo zwiększane) i rejestrowano odpowiedni prąd anodowy Ia. Można uzyskać krzywą zależności Ia / Uf. Zmiana Ua może uzyskać inną krzywą zależności Ia / Uf Gdy Uf jest niska, to znaczy, gdy temperatura katody jest niska, prąd anodowy Ia gwałtownie wzrasta wraz ze wzrostem napięcia ogrzewania. Gdy Uf przekracza pewną wartość, prąd anodowy Ia ma nie wzrastać wraz ze wzrostem napięcia ogrzewania żarnika Uf. Wiemy, że przy pewnej temperaturze katody katoda ma pewien prąd emisji, a im wyższa jest temperatura katody, tym większy będzie prąd emisji. Gdy temperatura katody jest wystarczająco wysoka, temperatura katody nadal rośnie (w tym czasie prąd emisyjny katody wciąż rośnie), podczas gdy prąd anodowy pozostaje niezmieniony, co wskazuje, że prąd emitowany przez katodę nie dociera do anody całkowicie w tym czasie. Jeśli spojrzymy na krzywe odpowiadające różnym Ua, sytuacja jest taka sama. Gdy dodatnie napięcie Ua jest dodawane między anodą i katodą diody, między anodą a katodą powstanie pewien rozkład pola elektrycznego. Gdy katoda nie jest ogrzewana, rozkład pola elektrycznego jest stabilny. Gdy katoda została ogrzana, katoda zaczęła emitować elektrony, które poleciały do anody pod wpływem Ua. Z powodu obecności ładunku kosmicznego, potencjał w każdym punkcie między anodą a katodą zmniejszy się. Gdy temperatura katody nie jest zbyt wysoka i emisja elektronów nie jest zbyt duża, nadal istnieje pole przyspieszenia między anodą a katodą, a elektrony mogą dotrzeć do anody pod wpływem tego pola elektrycznego. Wraz ze wzrostem elektronów emitowanych z katody, zmiana gradientu potencjału na powierzchni anody i katody jest inna. Ponieważ elektrony na powierzchni katody są nie tylko przyciągane przez anodę przyspieszającą pole elektryczne, ale także odpychane przez ładunek przedni, siła działająca na elektrony jest mniejsza niż siła bez ładunku kosmicznego, to znaczy gradient potencjału maleje. Poza przyciąganiem przez pole przyspieszenia anody, elektrony na powierzchni anody są również popychane przez ładunek kosmiczny z tyłu, więc gradient potencjału wzrasta. Jeśli temperatura katody będzie nadal rosła, gęstość ładunku przestrzeni będzie nadal rosła. Ze względu na efekt ładunku kosmicznego gradient potencjału na powierzchni katody spadnie do zera. W tym czasie pole elektryczne generowane przez ładunek kosmiczny na powierzchni katody jest dokładnie równe polu przyspieszenia. Wiadomo, że elektrony muszą mieć pewną prędkość początkową, aby uciec z katody. Nawet jeśli gradient potencjału powierzchni katody spada do zera i nadal zwiększa temperaturę katody, gęstość ładunku przestrzennego może jeszcze wzrosnąć. W tym czasie gradient potencjału powierzchni katody staje się ujemny. Innymi słowy, pole przyspieszenia generowane przez ładunek kosmiczny w pobliżu katody jest większe niż wytwarzane przez Ua przy napięciu anodowym.

Elektrony emitowane z katody mają różne prędkości początkowe. Tylko elektrony, których początkowa energia kinetyczna jest większa niż minimalna energia potencjalna, mogą pokonać ujemne pole elektryczne w pobliżu powierzchni katody i przekroczyć minimalny potencjał, wejść w pole przyspieszenia i polecieć do anody. Elektrony, które miały mniejszą początkową energię kinetyczną, wróciły do katody z ładunkiem kosmicznym. W równowadze liczba elektronów na jednostkę czasu biegnąca do anody plus liczba elektronów powracających do katody równa się liczbie elektronów emitowanych do przestrzeni przez katodę. Jeśli temperatura katody będzie nadal rosła, emisja katody wzrośnie, a gęstość ładunku kosmicznego również wzrośnie, co jest równe wzmocnieniu ujemnego pola elektrycznego w pobliżu powierzchni katody. Liczba elektronów powracających do katody przez potencjał ujemny wzrośnie, podczas gdy liczba elektronów płynących do anody nieznacznie wzrośnie.

Gdy temperatura ogrzewania katody jest niska, wszystkie elektrony emitowane z katody mogą dotrzeć do anody. W tym czasie prąd anodowy zależy od temperatury emisji katody, co nazywa się ograniczeniem temperatury. W tym przypadku temperatura ogrzewania katody ma duży wpływ na prąd emisji. Gdy napięcie ogrzewania nadal rośnie, efekt ładunku przestrzennego odgrywa główną rolę, a prąd anodowy jest ograniczony przez ładunek przestrzeni. Działo elektronowe akceleratora działa głównie pod warunkiem ograniczenia ładunku kosmicznego.

2. Zasada działania działa elektronowego typu Pierce'a

Układ optyczny tego rodzaju działa elektronowego obejmuje głównie katodę, anodę i biegun ogniskujący. Niektóre z nich są wyposażone w słupek sterujący bramą. Potencjał bieguna ogniskującego jest zwykle równy lub zbliżony do potencjału katody. Katoda i anoda tworzą diodę. Katoda jest podgrzewana i pieczona przez grzejnik (żarnik). Nagrzewnica jest zasilana przez zasilacz prądu przemiennego. Wiązka elektronów jest napędzana przez biegun skupiający w kierunku otworu anodowego i ostatecznie wchodzi do układu przyspieszenia przez otwór anody.

3. Zasada działania pistoletu sterowana siatką

Dzięki ulepszeniu rurki akceleratora możliwa jest technika wtrysku niskiego ciśnienia. Jednocześnie obecne akceleratory medyczne, zgodnie z potrzebami radioterapii, wymagają zmiany prądu wtrysku, aby spełnić wymagania zarówno linii rentgenowskiej, jak i elektronicznej. W ten sposób napięcie anodowe pistoletu można zmniejszyć do 7-15kv, a przepływ wtrysku można zmieniać w zakresie 200-1000mA. Energia wtrysku może być stopniowo zmniejszana do bardzo niskiej wartości w momencie wyjścia linii elektronowej (natężenie wiązki wymagane przez akcelerator medyczny w leczeniu promieniami X i obróbce linii elektronowej różni się znacznie o ponad 100 razy). Rozwiązanie technologii wtrysku niskociśnieniowego stanowi podstawę do użycia pistoletu sterowanego siatką. Pistolet niskonapięciowy może znacznie zmniejszyć rozmiar wyrzutni elektronowej, zmniejszyć wymagania dotyczące izolacji porcelanowej izolacji ciśnieniowej, zmniejszyć energię tylnej katody jonowej, co ważniejsze, można znacznie zwiększyć objętość, masę i wydajność zasilacza. strzelnica, ludzie zazwyczaj dodają biegun sterujący (słupek bramki) na podstawie konstrukcji pistoletu diodowego. Gdy małe napięcie ujemne (polaryzacja odcięcia - Egc) zostanie przyłożone do katody przez siatkę, emisja katody zostaje odcięta. Jest to równoważne z zatrzymaniem emisji w okresie przerwy impulsu, a biegun sterujący o czasie trwania impulsu dodaje zero lub małe dodatnie napięcie do katody, aby katoda emitowała elektrony. Dostosowując napięcie dodatnie, można uzyskać kontrolę przepływu wtrysku elektronów. Jednak napięcie anody na katodę można zawsze dodać do stabilnego wysokiego napięcia stałego. Oczywiście stabilność amplitudy napięcia zasilającego prądu stałego jest znacznie łatwiejsza niż w przypadku modulatora impulsów wysokiego napięcia. Zmniejsza to również ciśnienie w konstrukcji zasilacza. Ludzie dodający szafę sterowniczą, zwykle mają trzy formy, ich struktura została podana w pierwszej części ich pracy, teraz są w skrócie w następujący sposób: pierwszy pistolet do dziur: jest to dioda w konstrukcji konstrukcji pistoletu jest skupiona na biegun i izolacja katodowa, odpowiednia modyfikacja koncentruje się na konstrukcji bieguna, może sprawić, że znajdzie się on w stosunkowo katodzie, a bezwzględna wartość polaryzacji (eog) spróbuje pomniejszyć, zrealizować notatkę elektroniczną. Ogólne doświadczenie jest takie, że gdy P <0,5, kompresja="" pistoletu="" jest="" mała,=""> - Ego | / Va może być mniejsze niż 25% wielkości obudowy, realizacja konstrukcji pistoletu do dziur. Drugi typ pistoletu z siatką igłową: jest umieszczony w środku katody i izolacji katody i prostopadle do powierzchni katody małej igły, igła jako biegun sterujący, jej napięcie odcięcia, może zrobić lub nieco obniżyć niż poziom pistoletu do siatki otworów. Jednakże, podobnie jak w przypadku pistoletu z igłą, jego katoda i brama igły są bardziej złożone w konstrukcji, które obecnie są rzadko używane w Chinach. Jednak Rosja jest bardziej dojrzała w tym aspekcie i może zakryć bramę igły warstwą substancji anty-emisyjnej, aby zmniejszyć emisję bramy. Pozostaje jednak udowodnić, czy taki biegun sterowania jest możliwy do zastosowania w akceleratorach z silną anty-detonacją jonów. Trzeci rodzaj pistoletu siatkowego, który znajduje się w pistolecie diodowym od katody 1% do 3% powierzchni ekwipotencjalnej, ustawia siatkę, gdy siatka do katody i ekwiwalentna do sieci w płaszczyźnie potencjału, nie zmienia się oryginalny rozkład potencjału pistoletu diodowego. Odcięcie odcięcia bramki można zaprojektować bardzo nisko. Będzie to korzystne dla produkcji zasilacza sterowanego siatką.

Maszyna do powlekania próżniowego IKS PVD, HCD + ARC, wyposażona wyrzutnia elektronów na górze komory, każde pytanie, skontaktuj się z: iks.pvd@foxmail.com