29. Принцип действия и основные элементы конструкции электронной пушки

Принципиальная схема электронной пушки

Электронная пушка состоит из следующих основных узлов:

1. Электронный эмиттер (катод).

2. Управляющий электрод º модулятор º электрод Венельта.

3. Анод с последующей системой фокусирующих электродов.

Испущенные катодом электроны ускоряются к заземленному аноду разностью потенциалов U, которая определяет энергию электронов еU. Между катодом и анодом располагается управляющий электрод (модулятор), ось которого совпадает с острием катода. Модулятор находится под большим отрицательным потенциалом (от 0 до ~ 500 В) чем катод за счет падения напряжения на регулирующем резисторе (электрическая цепь катод – заземленный положительный полюс высоковольтного выпрямителя замыкается потоком электронов, испускаемых катодом).

Подобное расположение катода, модулятора и анода приводит к тому, что испущенные катодом электроны фокусируются за модулятором в пятно минимального диаметра d₀. Плоскость с этим пятном называется плоскость кроссовера или просто кроссовером. Из кроссовера электронный пучок выходит с угловой расходимостью a £ 10^-3 радиан.

Максимальная плотность электронного тока в кроссовере j_з (не путать с j₀) определяется выражением

j_з = 4I_з/4p d₀²

Если бы последующие электронные линзы не имели аббераций, то плотность тока на образце была бы равна j_з.

Яркость электронной пушки определяется как плотность тока в единицу телесного угла.

Так как a - малый угол, то телесный угол охватывающий расходящийся пучок есть pa², поэтому

яркость электронной пушки

• = j_з /pa²

Зависимости I_з и b от напряжения смещения, равного разности потенциалов между катодом и модулятором

30. Принцип действия и основные элементы конструкции ионного источника с холодным катодом (Пеннинга)

Ионный источник с холодным катодом или ионный источник Пеннинга.

В данном источнике ионов зажигание газового разряда осуществляется за счет пробоя газового промежутка катод-анод, между которыми прикладывается напряжение несколько сотен вольт. Напряжение на разрядном промежутке должно быть минимальным для зажигания и поддержания стабильного газового разряда. Напряжение зажигания зависит от материала катода. Для большинства материалов оно составляет несколько кВ. Однако, для некоторых "низковольтных" материалов", таких как алюминий, магний, оно составляет сотни вольт. У этих материалов тонкая окисная пленка на поверхности понижает напряжение зажигания за счет того, что окисная пленка является диэлектриком, а у диэлектриков большой коэффициент ионно-электронной эмиссии.

Газовый разряд горит в продольном магнитном поле, создаваемом, как правило, постоянным магнитом с индукцией несколько кГс, между двумя катодами и кольцевым анодом. Катоды источника изготавливаются из алюминия, корпус – из мягкого железа для замыкания магнитных линий. Эмиссия электронов из катодов происходит за счет их бомбардировки ионами разряда. За счет приложенного магнитного поля электроны движутся по спирали, что увеличивает их путь и число ионизирующих соударений на пути катод-анод.

Давление рабочего газа в ионном источнике 10^-3-10^-4 Торр.

Извлекаемый ионный ток в стационарном режиме до нескольких миллиампер.

Основные достоинства ионного источника Пеннинга:

• простота электропитания, под высоким потенциалом, который прикладывается к корпусу источника, находится только один регулируемый выпрямитель питания анода,

• отсутствие накаливаемого катода, что позволяет длительно эксплуатировать источник без вскрытия на атмосферу.

• низкое рабочее давление в ионном источнике.

Недостатком является малый вытягиваемы ионный ток. Однако, в случаях, когда не требуются его большие значения, простота источника Пеннинга является решающим обстоятельством.