Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Электронные пучки большого сечения
Автор: Бугаев С.П.Другие авторы: Крейндель Ю.Е., Щанин П.М.
Издательство: М.: Энергоиздат
Год издания: 1984
Страницы: 113
Читать: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
Скачать:
СП.БУГАЕВ. Ю. E КРЕЙНДЕЛЬ, П.М.ЩАНИН
ЭЛЕКТРОННЫЕ
ПУЧКИ
БОЛЬШОГО
СЕЧЕНИЯ
ша
ЭН F РГОATOM И ЗПАТ
С.П.БУГАЕВ, Ю.E КРЕЙНДЕЛЬ, П.М.ЩАНИН
ЭЛЕКТРОННЫЕ
ПУЧКИ
БОЛЬШОГО СЕЧЕНИЯ
МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗААТ 1984
ПРЕДИСЛОВИЕ
В течение длительного времени применение интенсивных потоков ускоренных электронов практически полностью основывалось на использовании пучков малого сечения, сфокусированных электростатическими и магнитными фокусирующими системами. В соответствующем направлении развивались и методы формирования электронных пучков, которым посвящена довольно обширная литература, в частности монографии: Алямовский И.В. Электронные пучки и электронные пушки. Mv Советское радио, 1966; Кирштейн П.Т., Кайно Г.С., Уотерс У.Е. Формирование электронных пучков. М., Мир, 1970; Молоковский С.И. и Суш ков А.Д. Интенсивные электронные и ионные пучки. Jl., Энергия, 1972; Лоусон Дж. Физика пучков заряженных частиц. М., Мир, 1980.
В последние 10 лет среди различных применений мощных электронных пучков существенное место заняли применения, связанные с облучением электронами больших поверхностей и значительных газовых объемов. Такое облучение пучками электронов в вакууме и разреженном газе используют для электронно-лучевой пайки, термической обработки материалов, нанесения покрытий, визуализации газовых потоков и т.д., а пучками, выведенными из вакуумных камер в газ высокого давления — для возбуждения электроионизационных лазеров, осуществления плазмохимических процессов, отверждения полимерных покрытий, стерилизации пищевых продуктов и т.д. Общее для всех этих применений — возможность использования электронных пучков большого поперечного сечения, которые в дальнейшем для простоты будем называть пучками большого сечения (ПБС) . В одних случаях (возбуждение лазеров) ПБС оказываются единственно приемлемыми, в других они служат альтернативой пучков малого сечения, сканируемых по ^требуемой поверхности, и в конкретных ситуациях обладают существенными преимуществами перед сканирующими пучками.
В настоящее время происходит интенсивное развитие техники и применения ПБС. Получение таких электронных пучков связано с созданием в электрофизических установках ранее не использовавшейся совокупности условий, а именно сочетания электродов больших размеров, больших вакуумных и газовых промежутков, высокого напряжения большой длительности и выполнением ранее не предъявлявшихся к электронно-лучевым системам требований, в частности, в отношении равномерности распределения плотности тока по сечению потока. Это позволяет рассматривать физику и технику получения ПБС,
а также их применения как новое быстро развивающееся направление в вакуумной и газовой электронике, имеющее свои самостоятельные и специфичные научные и технические задачи.
В научно-технической и патентной литературе накоплен обширный материал, посвященный ПБС. Однако за исключением опубликованного авторами обзора техники ПБС [1] отсутствуют систематизация и обобщение разрозненной информации, относящейся к характеристикам ПБС, методам их получения, конструкционным и прочим особенностям соответствующих электронных источников, применению ПБС. Именно этим вопросам посвящена предлагаемая книга.
При написании книги использован опыт получения и применения электронных пучков большого сечения в Институте сильноточной электроники CO АН СССР и Томском институте АСУ и радиоэлектроники, где работают авторы. В подготовке разд. 1.3 и 1.4 принимал большое участие А.Г. Рипп.
Глава I
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ БОЛЬШОГО СЕЧЕНИЯ И СПОСОБОВ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ
1.1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПУЧКОВ БОЛЬШОГО СЕЧЕНИЯ
Применение источников, генерирующих ПБС, предполагает вывод электронов через фольгу в пространство, где происходит их взаимодействие с облучаемым объектом. Эффективность использования источников определяется свойствами выведенного лучка, которые, в свою очередь, в значительной степени зависят от параметров ПБС в ускоряющем промежутке и свойств фольги. Несмотря на многообразие источников ПБС и их применения, некоторые из параметров можно выделить , как основные.
1. Энергетический спектр электронов. Энергия электронов определяет проникающую способность и характер взаимодействия ПБС с облучаемым объектом. При постоянной толщине фольги спектр электронов ПБС зависит от ускоряющего напряжения и формы импульсов. При использовании фольг из алюминия толщиной 15 — 50 мкм нижний предел ускоряющего напряжения, определяемый условиями прохождения значительной части ПБС через фольгу, составляет 100 — 150 кВ.
На рис 1.1 приведены для разных значений ускоряющего напряжения результаты расчета интенсивности поглощения энергии электронов при их прохождении в конкретной структуре, состоящей из алюминиевой фольги толщиной 50 мкм, слоя воздуха протяженностью 5 см и пленки лака толщиной 50 мкм *. Для полимеризации лаковых покрытий толщиной 20 мкм требуются ПБС с максимальной энергией электронов не менее 200 кэВ. В то же время, поскольку с уменьшением энергии электронов скорость их торможения в поверхностном слое возрастает, для уменьшения взаимодействия лака с кислородом воздуха и ускорения отверждения поверхностного слоя целесообразно, чтобы в ПБС присутствовали электроны с энергией, существенно меньшей максимальной.
