Вивчення взаємодії з періодичними структурами і матеріалами мішені високопервеансних електронних потоків. Оцінка динаміки руху просторового заряду. Випромінювання і тепловий вплив триелектродних гармат. Дослідження фізичних процесів електронних потоків.
Аннотация к работе
Особливо ефективними і перспективними при побудові електронно-оптичних систем є електронні потоки з поздовжньою компресією електронного потоку, які формуються триелектродними електронними гарматами. Крім того, триелектродні гармати дозволяють керувати в широких межах глибиною проникнення електронного потоку в метал без зміни потужності електронного променя і створювати в зростаючому магнітному полі необхідний розкид поздовжніх швидкостей для побудови широкосмугових НВЧ генераторів. Для ефективного використання електронних потоків з поздовжньою компресією просторового заряду необхідно розвивати і удосконалювати методи їх формування та управління, досліджувати поведінку їх в процесі руху, взаємодії з періодичними структурами і матеріалами в процесі плавлення, випарювання та зварки. Розробка методів формування, керування та аналізу високопервеансних електронних потоків для використання їх при розвязанні ряду прикладних задач, зднійснювались автором у рамках науково-дослідних робіт, які виконувались у 1980-2001р.р. Серед них такі як: "Дослідження оптимальних режимів високопервеансних електронно-оптичних систем в звязку з різним їх застосуваннями" (номер держреєстрації 01.821.002.274) - Академія наук УРСР, Інститут радіофізики та електроніки, 1980 - 1985 р. р."Розвиток високопервеансної корпускулярної електронної оптики: розширення меж потужності, підвищення інтенсивності рентгенівських трубок і фокусування високопервеансних пучків" (номер держреєстрації 01.87.0064475) Академія наук УРСР, Інститут радіофізики та електроніки, 1985 - 1990 р.р. Наукова новизна результатів дисертаційної роботи полягає в наступному: Розвинуті та удосконалені методи формування і керування електронними потоками з повздовжньою компресією просторового заряду, які забезпечують питому потужність на мішені 10 - 10 Вт/см з уловлюванням до 98% току променя, використання яких підвищує ефективність рентгенівських трубок та технологічних процесів: наплавлення, рафінування, випарювання і зварювання металів.У дисертаційній роботі наведено розвязання наукової проблеми формування та управління високопервеансними електронними потоками з поздовжньою компресією електронного потоку.
Вывод
У дисертаційній роботі наведено розвязання наукової проблеми формування та управління високопервеансними електронними потоками з поздовжньою компресією електронного потоку. Експериментальні дослідження цих явищ, які містять формування і динаміку руху електронних потоків дозволили вирішити задачі збудження хаотичних коливань в НВЧ генераторах, вимірювання деформацій та подавлення плазмових коливань в зоні дії електронного променя і вирішити ряд технологічних задач направлених на підвищення їх ефективності.
Список литературы
1.Триелектродні гармати являють собою збираючий імерсійний обєктив, який дозволяє керувати фокусуючою відстанню і направляти сфокусований електронний потік в задану точку взаємодії шляхом вибору потенціалів електродів.
2. Розподіл густини току в перерізі суцільного електронного потоку описується гаусовою кривою, відхилення від гаусового росподілу спостерігається при підвищенні тиску в вакуумній камері більше 10-2 Па і зниженні робочого потенціалу електронного потоку нижче 1 КВ. При русі електронного потоку з потенціалом від 0,7 до 2 КВ на відстані 50мм від виходу із гармати спостерігається точка перегину після якої спостерігається зменшення кута розходження променя. Побудована електронно-оптична система, яка забезпечує питому потужність електронного потоку на мішені 10-5 - 10-6 Вт/см2 після відхилення його секторним магнітним полем і фокусуванням магнітною лінзою при потенціалі променя 1 - 2 КВ з уловлюванням до 98 % електронного потоку на мішені та в колекторі відбитих електронів. Побудована малогабаритна електронно-оптична система, яка забезпечує одночасне відхилення і фокусування електронного променя з питомою потужністю 105 - 106 Вт/см .
3. Проведено аналіз поведінки електронних потоків з поздовжньою компресією просторового заряду при первеансах більших ніж 3 10 А/В з застосуванням методів математичного моделювання і експериментального дослідження, на основі яких створені електронні гармати потужністю від 0,5 до 150 КВТ з густиною току до 30 А/см і коефіцієнтом токопрохождення більш ніж 99,5 %, які охолоджуються водою, та гармата потужністю 1,2 КВ, що охолоджується тепловим випромінюванням корпуса.
4. На основі триелектродної гармати створена рентгенівська трубка мякого рентгенівського випромінювання для рентгенівської літографії. Для використання в рентгенівському спектральному аналізі побудована розбірна рентгенівська трубка, яка дозволяє міняти довжину хвилі мякого рентгенівського випромінювання від 3 А до 50 А . Розроблено метод визначення діаметра електронного променя на мішені за допомогою фотографування його мякого випромінювання на рентгенівську плівку.
5. Створено макет ЛЗХО, який генерує монохроматичне випромінювання сантиметрового діапазону при густинах току 3 - 6 А/см , який збуджується в слабких магнітних полях соленоїда В = 0,014 Т високопервеансним електронним потоком при цьому ширина спектральної лінії генеруємих коливань не перевищую 50 КГЦ.
6. Експериментально досліджено можливість формування високопервеансних електронних потоків з значним розкидом поздовжніх швидкостей, показано можливість збудження такими потоками хаотичних коливань в ЛЗХО восьмиміліметрового діапазону.
7. В постійному магнітному полі підвищення первеансу до (6 - 7) 10 А/В веде до зниження питомої потужності, яка діє на мішень, а при подальшому підвищенні первеансу питома потужність знову зростає. Взаємодія електронного потоку з матеріалом мішені при фокусуванні магнітним полем збуджує плазмові коливання частота яких залежить від енергії електронів, питомої потужності і індукції фокусуючого магнітного поля. Прикладення позитивної напруги на мішень 800 В при індукції магнітного поля менше 0,04 Т дозволяє подавити плазмові коливання і уловлювати на мішені до 96 % електронного току, а при індукції магнітного поля більше 0,06 Т плазмові коливання подавити не вдається.
8. Створена триелектродна електронна гармата потужністю 150 КВТ та розроблені методи керування питомою потужністю і глибиною нагрівання мішені були використані і випробувані в стенді для дослідження теплонапружених обєктів з плавним регулюванням та контролюванням теплового режиму тепловізором. Це дало можливість вимірювати голографічними та інтерферометричними методами теплові напруження і деформації, які виникають під впливом теплового навантаження.
Список опублікованих праць за темою дисертації
1. Афанасьев В.И. Трехэлектродная электронная пушка с мощностью луча 1,2 КВТ, охлаждаемая тепловым излучением корпуса // Приборы и техника эксперимента.1994. - № 2. - С. 167-169.
2. Афанасьев В.И., Лукин К.А., Ракитянский В.А. Возбуждение хаотических колебаний в ЛОВО неламинарными электронными потоками // Радиофизика и электроника НАН Украины, Харьков. - 1997. - Т.2. - №1. - С.115-116.
3. Зинченко Н.С., Афанасьев В.И., Зайцев Г.Д., Соколова В.А., Хорошайло Н.Е. Высокопервеансные электронные пушки с вакуумноплотным металлокерамическим корпусом // Приборы и техника эксперимента. - 1985.-№1.- С. 137-139.
4. Зинченко Н.С., Афанасьев В.И.Соколова В.А., Тимашов В.А., Василюк М.П., Клюев К.Н.., Чайка Н.В. Исследование электронной пушки с продолной компрессией при низком вакууме // Радиотехника и электроника. - 1986. - Т.31. - Вып.1. - С.135 - 139.
5. Ажажа В.М., Афанасьев В.И., Вьюгов П.Н., Гоменюк В.С., Зинченко Н.С., Лавриненко С.Д.,Пилипенко Н.Н. Применение высокопервеансной пушки для переплава металлов // Вопросы атомной науки и техники. - Серия: Общая и ядерная физика. - Вып. 1(7). - 1987. - С.53-55.
6. Зинченко Н.С.. Афанасьев В.И., Соколова В.А. Модернизация установки вакуумного напыления УРМ 3.279.011 на основе применения низковольтного (высокопервеансного) испарительного устройства // Электронная техника. - сер.7.- Технология, процессы, оборудование и материалы. - 1987 Вып.3. - С.11 - 15.
7. Зинченко Н.С., Афанасьев В.И., Глуцюк И.М., Хорошайло Н.Е., Соколова В.А. Применение клея ВТ - 25 - 200 при изготовлении корпусов электронных пушек // Приборы и техника эксперимента. - 1983. - № 3. - С. 203 -204.
8. Стенд для испытания теплонапряженных объектов: Полож. Реш. Гос. Науч. - тех. Экспертизы Российской Федерации изобрет. от 30.03.92, МКИ кл. H 02 J 48/3 / В.В. Аполлонов, В.И. Афанасьев, К.А. Лукин, И.Г. Однороженко, В.Б. Пицын, А.М. Прохоров, Е.В. Чесноков. - №4909312/28; Заявлено 9.08.91.
9. Электроннолучевое испарительное устройство: Реш. Российского патентного ведомства от 11.09.92 о выдаче патента. МКИ 5 H01 J 37/2. / B.И. Афанасьев, К.А. Лукин (Украина). - № 5007364/21 (063845) Заявлено 25.06.91.
11. Afanasev V.I. Triode gun genereiting a 1,2KW beam and cooled by surface radiation // Instrument end Experimental Techniques. 1994. - Vol. 37. - №.2. - Part 2.- pp. 238 - 239.
12. Afanasev V.I., Lukin K.A., Rakitynsky V.A. Excitation of Chaotic Oscillations in BWO by Means of Turbulent Electron Flows // Telecommunications and Radio Engineering. - 1997. Vol.51, № 6-7.- P. 148 - 152.
13. Афанасьев В.И., Лукин К.А. Трехэлектродная электронная пушка с мощностью луча 100 КВТ // Труды 9-го симпозиума посильноточной электронике. - Екатеринбург. - Россия. - 1992. - С. 108-109.
14. Afanasev V.I. Influence of the space charge of the electron flow on the specific power usedforce on the target // Physics in Ukraine International Conf.. - Kiev (Ukraine). - 1993. - P. 11-14.
15. Afanasev V.I. Chaotic waveform generator using a turbulent electron beam // Fourth International Kharkov Symposium “Physics and Engineering of Millimeter and SUBMILLIMETER Waves”. - Kharkov (Ukraine) - 2001.- P. 562 - 564.