Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
1.5. ВЫВОД ПУЧКОВ БОЛЬШОГО СЕЧЕНИЯ ИЗ ВАКУУМА В ГАЗ
Специфика применения электронных источников ПБС в технике газовых лазеров или радиационно-химической технологии требует вывода этих пучков из вакуума в газ с атмосферным или более высоким давлением. Поэтому обязательным компонентом конструкции таких электронных источников является окно с тонкой металлической фольгой, подложкой, выполняющей одновременно функции механической опоры фольги и охлаждающего элемента, а также деталями вакуумного уплотнения. 18
Плотность тока на выходе электронного источника за фольгой /в зависит от плотности тока пучка, падающего на фольгу /п, ускоряющего напряжения U и поверхностной плотности вещества фольги р. Однако /п меньше плотности тока эмиссии /э вследствие расходимости пучка и потерь на подложке. Таким образом, ток на выходе источника определяется соотношением
/в=«|3/э, <1-34>
где а - f(U, р) — проницаемость фольги; /3 — прозрачность подложки.
Опыт работы с лазерными системами показывает, что для пучка токо-прохождения 7 = а/3 составляет 40—70%.
Важнейшим элементом системы вывода является фольга, перекрывающая выпускное окно. К материалу фольги предъявляются достаточно жесткие требования. Она должна:
1) обеспечивать возможно малые потери электронов пучка при прохождении их через фольгу;
2) обладать высокой прочностью и температуростойкостью, с целью применения фольги малой толщины для снижения потери энергии пучка;
3) иметь высокую теплопроводность для облегчения охлаждения фольги теплопередачей;
4) быть радиационно стойкой.
В связи с последним требованием применение в системах вывода пленок из полимерных материалов, таких, как винипроз и лавсан, ограничено из-за недостаточного ресурса работы, особенно при работе с высокой частотой повторения импульсов. В наибольшей степени перечисленным выше требованиям соответствуют бериллий, титан, алюминий и его сплавы. Прохождение электронов через фольги из некоторых материалов характеризуется данными, приведенными в табл. 1.1.
Коэффициенты пропускания фольг по энергии Te и по числу частиц 7д/ являются функциями спектрального состава и угла падения на фольгу начального потока, а также материала и толщины фольги (табл. 1.2). Изменение угла падения электронов на фольгу в пределах от 0 до 30° практически не сказывается на ее пропускании [5], а при 60° оно существенно ухудшается.
Подложка фольгового окна может выполняться с отверстиями круглой формы, в виде многогранников либо щелей. Наибольшее распространение получили фольговые окна щелевого типа (рис. 1.8). Металлическая фольга 1, прозрачная для электронов потока, опирается на подложку, расположенную со стороны низкого давления и способную выдерживать усилия, возникающие в результате перепада давления в источнике электронов и среде, в которую выводятся электроны. Подложка состоит из элементарных ячеек с ребрами 2. Набор таких ячеек позволяет сконструировать фольговый узел практически любых размеров. Энергия, теряемая потоком электронов, превращается в теплоту, которая отводится к охлаждающей жидкости за счет теплопроводности фольги и элементов окна. Поток охлаждающей жидкости поддерживает температуру элементов 3 на заданном уровне.
Из условия симметрии единичного окна следует, что при постоянной плотности тока точка M фольги с максимальной температурой Гф находится в центре окна каждой ячейки. Эта точка — самая напряженная на фольге; прочность фольги в ней определяет плотность электронного “тока. В [6] получена зависимость между прочностью
19
Таблица LI. Зависимость энергии электронов Ф^, поглощенной в фольгах, коэффициентов проницаемости фольг по числу частиц Тдг и энергии электронов Tg от материала и толщины фольги при разном ускоряющем напряжении
Толщина фольги Коэффици- ент Ускоряющее напряжение, кВ .J
мкм мг/см2 100 200 300 ! 400
Бериллий
51 9,40 Tn 0,730 0,992 1,005 1,005
76 14,10 Tn 0,205 0,978 1,003 1,006
125 23,50 Tn 0,000 0,881 0,996 1,005
51 9,40 Te 0,407 0,876 0,938 0,959
76 14,10 Te 0,068 0,795 0,902 0,936
125 23,50 Te 0,000 0,573 0,822 0,889
51 9,40 Ф!4 0,584 0,120 0,061 0,040
76 14,10 ФА 0,923 0,199 0,095 0,063
125' 23,50 Фа 0,991 0,419 0,174 0,109
Майлар
6 0,88 Tn 1,002 1,003 1,002 1,002
12 1,76 Tn 0,998 1,004 1,004 1,004
25 3,51 Tn 0,970 1,002 1,004 1,005
6 0,88 Te 0,965 0,988 0,994 0,996
12 1,76 Te 0,920 0,977 0,988 0,992
25 3,51 Te 0,805 0,950 0,975 0,983
6 0,88 ФА 0,015 6,012 0,006 0,004
12 1,76 ФА 0,076 0,023 0,012 0,008
25 3,51 Фа 0,182 0,048 0,025 0,017
Алюминий
12 3,43 Tn 0,910 0,992 1,002 1,003
25 6,86 Tn 0,602 0,968 0,997 1,004
51 13,72 Tn 0,046 0,845 0,979 0,996
12 3,43 Te 0,766 0,955 0,978 0,987
25 6, 86 Te 0,393 0,880 0,949 0,969
51 13,72 Te 0,017 0,660 0,873 0,926
12 3,43 Фа 0,184 0,040 0,020 0,013
25 6,86 Фа 0,536 0,098 0,044 0,029
51 13,72 Фа 0,911 0,282 0,106 0,065
Титан
12 5,72 Tn 0.599 0,949 0,995 1,000
25 11,43 Tn 0,105 0,808 0,957 0,985
51 22,86 Tn 0,000 0,430 0,796 0,918
12 5,72 Te 0,43р 0,881 0,957 0,974
