1 Введение
В связи с развитием электроники, ракетостроения, атомной энергетики интенсивные поиски новых эффективных способов нагрева материалов привели к широкому использованию нового источника нагрева – электронного луча, который по своей удельной энергетической мощности, легкости управления, эффективности и локальности нагрева превосходит все известные источники. Благодаря этому он получил применение в металлургии, машиностроении, электронике, приборостроении для плавки, сварки, сверления, фрезеровки, пайки и др.
Основным узлом любой электронно-лучевой установки является электронно-оптическая система, которая обеспечивает получение, ускорение, фокусировку и отклонение пучка электронов. В общем случае электронно-оптическая система должна удовлетворять следующим требованиям:
1) Система должна формировать пучок с заданными геометрическими и электрическими параметрами;
2) Система должна обеспечивать плавное управление параметрами пучка;
3) Система должна быть простой, экономичной, долговечной, удобной в наладке и эксплуатации;
Структура электронно-оптической системы зависит от требований к параметрам пучка и от назначения установки, в которой будет использоваться система[3].
В данном курсовом проекте разработана электронно-оптическая система, которая формирует сходящийся пучок электронов для переплавки материалов.
2 Выбор и обоснование электронно-оптической системы.
2.1 Пушка Пирса со сходящимся потоком сферического типа.
В данном курсовом
проекте будет рассчитываться сферическая
пушка Пирса сферического типа, так как
первеанс нашей системы превышает
Для управления током луча в пушках Пирса фокусирующий электрод изолируют от катода, и на него подается управляющее напряжение. Однако, в пушках Пирса с большим первеансом управление током луча при помощи фокусирующего электрода малоэффективно. Большая эффективность управления током пучка достигается в пушках со специальными управляющими электродами.
Для формирования сходящегося аксиально-симметричного пучка используется пушка Пирса сферического типа. Сходящийся поток в такой пушке получается вырезанным конической поверхностью части электронного потока, заполняющего пространство между концентрическими сферами. Следовательно катод имеет вид участка сферы радиуса rк, а анод часть сферы с радиусом rа. На рисунке 3.1 показана конфигурация электродов пушки сферического типа.
Пушки со сходящимся потоком получили наиболее широкое распространение, так как они обладают следующими преимуществами:
1. Сходящийся поток позволяет получить значительно большую плотность тока в пучке, чем плотность тока эмиссии катода.
2. Интенсивной ионной бомбардировке у пушек со сходящимся потоком подвергается лишь небольшая центральная часть катода. Наряду с относительно меньшей, чем в случае несходящегося потока, нагрузкой на катод это гарантирует длительный срок службы катода.
3. Электронные потоки, сформированные пушками со сходящимся потоком, требуют для фокусировки меньших магнитных полей, чем в случае пушек с прямолинейным несходящимся потоком[4].
Т.о., при наличии сходимости потока до анодной линзы можно получить в заанодном пространстве пушки электронные траектории с малыми углами наклона, т.е. с малыми поперечными компонентами скоростей. Уменьшение поперечной скорости приводит к снижению пульсаций и, следовательно, к уменьшению необходимого для фокусировки магнитного поля[4].
В электронных пушках технологического назначения, в основном, используются интенсивные пучки. Мерой интенсивности пучка является первеанс пучка[4].