Сеточное управление током электронного пучка в модулированном режиме в источнике с плазменным катодом на основе дуги низкого давления
Введение
Актуальность. Источники импульсных сильноточных электронных пучков представляют значительный интерес, прежде всего, в связи с перспективностью их использования для поверхностной обработки материалов [1, 2], повышения износостойкости режущего инструмента, увеличения усталостной прочности лопаток турбин и компрессоров, повышения коррозионной стойкости металлических материалов, увеличения электрической прочности вакуумной изоляции и др., и нуждаются в дальнейшем изучении и технологическом совершенствовании. К основным преимуществам импульсного электронно-пучкового облучения, по сравнению с традиционным видом воздействия концентрированным потоком энергии на поверхность - лазерным, можно отнести более высокий коэффициент полезного действия (до 90 %) электронных источников, высокую эффективность энерговклада в поверхностный объем материала (малый коэффициент отражения электронов)
Оглавление
Введение 4
1 Литературный обзор 8
1.1 Источники электронов на основе термоэмиссии 8
1.2 Источники электронов на основе взрывной электронной эмиссии 12
1.3 Источники электронов на основе высоковольтного тлеющего разряда (ВТР) 15
1.4 Источники электронов на основе плазменных эмиттеров с сеточной стабилизацией границы эмиссионной плазмы 19
1.5 Обоснование выбора основного объекта исследований 22
1.5.1 Источник электронов «СОЛО» с сеточным плазменным эмиттером на основе дугового разряда низкого давления 22
1.5.2 Преимущества и направления совершенствований и исследований 24
2 Основная часть 28
2.1 Системы электропитания и управления электронным источником «СОЛО» 28
2.2 Исследование управляющих характеристик модернизированного источника электронов СОЛО в отсутствии модуляции сеточного напряжения 32
2.3 Разработка силового блока сеточного управления 41
2.4 Разработка блока управления 49
2.5 Проведение экспериментальных исследований 69
2.6 Разработка алгоритма, позволяющего реализовывать заданную функцию изменения температуры поверхности образца в следующей последовательности: «задание функции температуры – определение требуемой функции мощности электронного пучка – задание начальных условий генерации – определение требуемой функции изменения тока пучка и тока разряда – преобразование сигнала тока разряда в амплитудно-широтно-модулированный режим» 79
3 Заключение 82
Список использованных источников 83
Список использованных источников
Косогоров, С. Л. Расчетное и экспериментальное исследование электронно-оптических систем низкоэнергетичных электронных ускорителей с пучком большого сечения // Журнал технической физики. – 2011. – Т. 81, № 7. – С. 115-119
Сушков А. Д. Вакуумная электроника: Физико-технические основы: Учебное пособие. СПб.: Издательство «Лань», 2004. 464 с.
Крылов Д.С., Лабутин А.Е., Шулым В.Ф. Управление током пучка при электронно-лучевой сварке // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2019. № 1. – С. 533-535
Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. М.: Наука, 2000. 424 с.
Месяц Г. А. Импульсная энергетика и электроника. М.: Наука, 2004. 704 с.
Частотный наносекундный ускоритель электронов для инициирования плазмохимических процессов / Д.Л. Кузнецов [и др.] // Сборник трудов IV Международного симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии (ISTAPC)
Влияние диэлектрического покрытия поверхности кромочного взрывоэмиссионного катода на структуру электронного пучка / Н.И. Зайцев [и др.] // Тез. Докл. 7 Всесоюзн. Симп. по сильноточной электронике. – Томск, 1988. – Ч.1. – С. 58–60.
Исследование интенсивных импульсных электронных пучков большого сечения / А.В. Архипов [и др.] // Известия ВУЗов. Радиофизика, 2004. – Т.XLVII. – №5–6. – С. 471–479.
Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука, 1971. 543 с.
Бугаев С. П., Крейндель Ю.Е., Щанин П.М. Электронные пучки большого сечения. М.: Энергоатомиздат, 1984. 112 с.
Спектроскопические исследования параметров прианодной плазмы в ускорителе электронов на основе высоковольтного тлеющего разряда / М.А. Аброян [и др.] // Препринт НИИЭФА П-К-0887 М.: ЦНИИатоминформ, 1991. 9 с.
Гаврилов Н.В., Крейндель Ю.Е., Щанин П.М. Импульсный источник электронов на основе несамостоятельного высоковольтного тлеющего разряда // ПТЭ. – 1984. – № 2. – С. 143–146.
Воробьёв М. С.
Для исследования управляющих характеристик используется блок питания 3, напряжение с которого прикладывается между полым анодом, отверстие которого перекрыто мелкоячеистой сеткой (сетка 1) и эмиссионным электродом, отверстие в котором также перекрыто мелкоячеистой сеткой (сетка 2). Диаметр отверстия в полом аноде равен 50 мм, диаметр отверстия в эмиссионном электроде равен 40 мм. Расстояние между сетками 1 и 2 составляет 12 мм. Постоянное ускоряющее напряжение (до 25 кВ) прикладывается между эмиссионным электродом (сетка 2) и извлекающим электродом. Извлекающий электрод и коллектор находятся под потенциалом «земли». Ускоренные электроны пучка транспортируются к коллектору в магнитном поле катушек.
Для подачи потенциала смещения на электроды разрядной системы плазменного эмиттера необходимо разработать новый источник электропитания, позволяющий генерировать импульсы напряжения, амплитуда и длительность которых также будет изменяться в течение импульса субмиллисекундной длительности. Для определения параметров источника электропитания, была исследована ВАХ модернизированного источника СОЛО (рисунок 2.4.), в отсутствии модуляции сеточного напряжения. Введены следующие обозначения: K0 – отношение тока в ускоряющем промежутке I0 к общему току разряда Id: K0 = I0/Id; задержка тока на эмиссионный электрод после инициирования разряда – tdel, Ucat-emel – напряжение между катодом и эмиссионным электродом, Uha-emel – напряжение между полым анодом и эмиссионным электродом, Ucol-emel – напряжение между коллектором и эмиссионным электродом. В таблице 3.1 приведены основные токи и напряжения плазменного триода при давлении рабочего газа p = 35 мПа, величине транспортирующего магнитного поля Bz = 30 мТл, токе разряда Id = 100 А, длительности импульса t = 200 мкс, ускоряющем напряжении U0 = 15 кВ.