В статье разработан алгоритм численного решения самосогласованной задачи расчета электронных пушек в прикатодной области методом итераций, свободный от каких-либо априорных предположений о характере формирования электронного пучка в прикатодной области. Разработанный алгоритм и построенная на его основе компьютерная программа обеспечивают устойчивое решение задачи для различных конфигураций катода (выпуклой, вогнутой и плоской) в различных режимах. В качестве теста получено хорошее соответствие между численными результатами и известным аналитическим решением для плоского одномерного диода. Исследованы особенности формирования электронного пучка вблизи краев эмиттера.
В работе представлены результаты компьютерного моделирования электронно-оптической системы пушки с плазменным эмиттером. Моделирование выполнено с использованием программных кодов KOBRA3-INP, XOOPIC и Ansys. Представленные результаты описывают формирование и транспортировку электронного пучка. Выполнен траекторный анализ. Описаны механизмы влияния газа в области первичного формирования, ускорения и транспортировки пучка на энергетическую неоднородность пучка и его ток. Представлены рекомендации по оптимизации электронно-оптической системы с плазменным эмиттером.
Рассмотрены возможности использования нового метода непрерывной аппроксимации ступенчатых функций, основанного на использовании тригонометрических выражений в виде рекурсивных функций. Расчеты проведены для классической модели диффузии неосновных носителей заряда, генерированных широким электронным пучком в двухслойном полупроводниковом материале.
С использованием форвакуумного плазменного источника электронов осуществлен процесс электронно-лучевого испарения алюмооксидной керамики в диапазоне давлений 5—15 Па. При плотности мощности электронного пучка 103 Вт/см2 скорость испарения керамики составляла 4 г/ч. Полученные результаты открывают возможность эффективного нанесения керамических покрытий на основе электронно-пучковых методов.
Представлены результаты экспериментов по исследованию взаимодействия электронного пучка с поверхностью непроводящей мишени в форвакуумной области давлений (1–10 Па). Показано, что распределение потенциала существенно зависит от энергии пучка, давления газа и плотности тока электронного пучка на мишень. На основе численного моделирования анализируется эволюция распределения потенциала на поверхности мишени при изменении профиля распределения плотности тока пучковых электронов.
Проведены измерения потенциала изолированного коллектора и параметров пучковой плазмы, генерируемой вблизи коллектора при давлении рабочего газа (аргон) в несколько Па. Установлена связь концентрации плазмы с потенциалом коллектора. Показано, что характер этой связи не зависит от способа изменения потенциала. В установлении потенциала изолированного коллектора решающее значение имеет материал коллектора. При изменении энергии электронов в пучке от 2 до 7 кВ потенциалы коллекторов из меди, титана и нержавеющей стали изменяются от десятков до нескольких сотен вольт, в то время как потенциал алюминиевого коллектора не превышает 100 В. Сформулировано предположение о существенной роли вторично-эмиссионных процессов как в установлении потенциала коллектора, так и в формировании пучковой плазмы.
В статье представлены результаты исследования распределения температурного поля в кварцевых стеклах при электронно-лучевом нагреве. Показано, что, несмотря на низкий коэффициент теплопроводности кварцевого стекла, с увеличением времени электроннолучевого воздействия происходит прогрев всего образца, а градиент температур уменьшается. Предложена качественная модель, описывающая электронно-лучевой нагрев стыка двух кварцевых трубок, позволяющая оценить параметры области нагрева при сварке кварца. Показана принципиальная возможность электронно-лучевой сварки кварцевых трубок.
Предложена оригинальная методика оценки коэффициента вторичной электронной эмиссии металлических и диэлектрических мишеней в области давлений в единицы и десятки паскаль. Методика основана на измерении потенциала мишени в зависимости от тока электронного пучка и сопоставлении результатов измерений с расчетными значениями, полученными с использованием модели, основанной на уравнениях баланса заряда на мишени и баланса ионов в пучковой плазме.
В статье представлены результаты измерения потенциала изолированного коллектора, облучаемого электронным пучком в среднем вакууме, при различных значениях – коэффициента вторичной электронной эмиссии электронов (ВЭЭ). Изменение обеспечено плавным перемещением относительно электронного пучка коллектора, составленного из двух металлов (алюминия и титана) с резко различающимися значениями коэффициента ВЭЭ. Предложена модель, удовлетворительно описывающая измеренную зависимость, и методика, позволяющая по установившемуся потенциалу изолированного коллектора оценивать коэффициент ВЭЭ различных материалов, в том числе и диэлектриков.
Проект глубокой модернизации действующего ускорительно-накопительного комплекса и создания на базе его инфраструктуры источника синхротронного излучения 3-го поколения разрабатывается в НИЦ «Курчатовский институт». Модернизация включает полную замену основного накопителя электронов и инжекционного комплекса. Бустерный синхротрон как часть нового инжекционного комплекса должен обеспечить надежную и стабильную работу нового основного накопителя – источника синхротронного излучения. В работе представлена магнито-оптическая структура нового бустерного синхротрона и ее основные параметры.
Изучено влияние продольного магнитного поля на эмиссионные характеристики форвакуумного плазменного источника электронов на основе разряда с полым катодом. Показано, что, начиная с некоторого порогового значения индукции Bс, магнитное поле приводит к уменьшению концентрации плазмы на оси катодной полости.
С уменьшением диаметра катодной полости пороговое значение Bс увеличивается.
С другой стороны, продольное магнитное поле позволяет увеличить диаметр эмиссионного канала, что способствует существенному увеличению тока эмиссии электронов из плазмы. При этом степень увеличения тока эмиссии определяется геометрией катодной полости и давлением рабочего газа.
Представлены результаты экспериментального исследования протекания тока через композит Al2O3–ZrO2 с варьируемым составом компонентов от 0 до 100 масс. % в процессе электронно-лучевого воздействия. Электронный пучок формировался форва-куумным плазменным электронным источником на основе тлеющего разряда с полым катодом. Показано, что при нагреве поверхности композита выше 1000 оС заметно возрастает величина протекающего через него тока, достигая величины 1,7 мА.
Величина протекающего тока определяется температурой поверхности, электрофизическим свойствами керамических материалов и соотношением долей каждого компонента. С ростом содержания Al2O3 в композите величина протекающего тока заметно снижается. По температурной зависимости протекающего тока определена энергия активации проводимости Al2O3 и ZrO2, а также их смеси.