Что такое электронный пучок
Перейти к содержимому

Что такое электронный пучок

  • автор:

ЭЛЕКТРОННЫЙ ПУЧОК

поток электронов, движущихся по близким траекториям в одном направлении, имеющий размеры, значительно большие в направлении движения, чем в поперечной плоскости. Поскольку Э. п. является совокупностью одноимённых заряж. частиц, внутри него имеется пространственный заряд электронов, создающий собств. электрич. поле. С др. стороны, движущиеся по близким траекториям электроны можно рассматривать как линейные токи, создающие собств. магн. поле. Электрич. поле пространств. заряда создаёт силу, стремящуюся расширить пучок («кулоновское расталкивание»), магн. поле линейных токов создаёт силу Лоренца, стремящуюся сжать пучок. Расчёт показывает, что действие пространств. заряда начинает заметно сказываться (при энергиях электронов в неск. кэВ) при токах в неск. десятых мА, тогда как «стягивающее» действие собств. магн. поля заметно проявляется только при скоростях электронов, близких к скорости света-энергии электронов порядка МэВ. Поэтому при рассмотрении Э. п., используемых в разл. электронных приборах, техн. установках, в первую очередь необходимо принимать во внимание действие собств. пространств. заряда, а действие собств. магн. поля учитывать только для релятивистских пучков.

Интенсивность Э. п. Осн. критерием условного разделения Э. п. на неинтенсивные и интенсивные является необходимость учёта действия поля собств. пространств. заряда электронов пучка. Очевидно, чем больше ток пучка, тем больше плотность пространств. заряда, сильнее расталкивание. С др. стороны, чем больше скорость электронов, тем меньше скажется на характере движения электронов собств. электрич. поле пучка — чем выше энергия электронов, тем «жёстче» пучок. Количественно действие поля пространств. заряда характеризуется коэф. пространственного заряда — п е р в е а н с о м, определяемым как

5119-41.jpg

где I -ток пучка; U- ускоряющее напряжение, определяющее энергию электронов пучка.

Заметное влияние пространств. заряда на движение электронов в пучке начинает проявляться при P>=P* = = 10 -8 А/В 3/2 = 10 -2 мкА/В 3/2 . Поэтому к интенсивным пучкам принято относить Э. п. с Р>P*.

Неинтенсивные пучки (с Р<Р* )малого сечения, часто называемые электронными лучами, рассчитываемые по законам геом. электронной оптики без учёта действия поля собств. пространств. заряда, формируются с помощью электронных прожекторов и используются в основном в разл. электронно-лучевых приборах.

5119-42.jpg

В интенсивных пучках действие собств. пространств. заряда существенно влияет на характеристики Э. п. Во-первых, интенсивный Э. п. в пространстве, свободном от внеш. электрич. и магн. полей, за счёт кулоновского расталкивания неограниченно расширяется; во-вторых, за счёт отрицат. электрич. заряда электронов пучка происходит падение потенциала в пучке. Если с помощью внеш. электрич. или магн. полей ограничить расширение интенсивного пучка, то при достаточно большом токе потенциал внутри пучка может понизиться до нуля, пучок «оборвётся». Поэтому для интенсивных пучков существует понятие предельного (максимального) первеанса. Практически при ограничении расширения пучка внеш. полями удаётся сформировать протяжённые устойчивые интенсивные пучки с P5 . 10 мкА/В 3/2 .

Полное матем. описание интенсивных Э. п. затруднительно, поскольку реальный электронный поток состоит из множества движущихся электронов, учесть взаимодействие между к-рыми практически невозможно. При введении нек-рых упрощающих предположений, в частности, заменяя сумму сил, действующих на выбранный электрон со стороны соседних электронов, силой действия на этот электрон нек-рой электрически заряженной среды с непрерывно распределённой плотностью пространств. заряда и разбивая весь пучок на совокупность «трубок тока», удаётся с помощью ЭВМ рассчитать с достаточной для практич. целей точностью осн. параметры интенсивного пучка: форму пучка (огибающую), распределение плотности тока и потенциала по сечению пучка.

Геометрия Э. п. Практически применяются пучки трёх конфигураций: ленточные (плоские), имеющие в поперечном сечении вид прямоугольника с «толщиной», значительно меньшей «ширины», осесимметричные, имеющие в поперечном сечении форму круга, и трубчатые, имеющие в поперечном сечении форму кольца. Для формирования Э. п. таких типов разработаны соответствующие электронные пушки и системы ограничения.

Влияние пространств. заряда неодинаково в пучках разл. конфигурации. Наиб. влияние на характер движения электронов на границе Э. п. имеет составляющая напряжённости электрич. поля, создаваемого пространств. зарядом, направленная перпендикулярно оси осесимметричных пучков и широкой стороне ленточных.

Радиальная составляющая напряжённости электрич. поля на границе осесимметричного пучка прямо пропорциональна току пучка и обратно пропорциональна радиусу его сечения и скорости электронов пучка. Это создаёт силу, направленную от оси, стремящуюся расширить пучок. Расталкивающая сила тем больше, чем больше ток, меньше скорость и радиус пучка. Теоретически в осесимметричных пучках траектории электронов не могут пересечь ось, а сечение пучка нельзя свести в точку, т. к. при уменьшении сечения расталкивающая сила неограниченно возрастает.

5119-43.jpg

Огибающие осесимметричных электронных пучков: g0 -угол входа пучка в свободное от полей прост ранство; r0 — начальный радиус; 1 — расходящийся пучок (g0>0); 2-цилиндрический пучок (g0=0); 3, 4, 5-сходящиеся пучки (g0<0). Пучок 4 — опти мальный, так как кроссовер (наименьшее сечение) пучка находится на самом удалённом расстоянии (z/l=0,5) от исходной плоскости.

Огибающая интенсивного осесимметричного пучка в пространстве, свободном от электрич. и магн. полей, описывается зависимостью, близкой к экспоненциальной. На рис. показаны огибающие осесимметричных пучков, имеющих до входа в свободное пространство цилиндрическую (кривая 2, g 0 = 0), расходящуюся (кривая 1, g 0 >0) и сходящуюся (кривые 3-4, g 0 <0) формы (g 0 — угол наклона касательной к огибающей пучка, угол входа). Как видно на рис., пучки, первоначально сформированные как цилиндрические (g 0 = 0) и расходящиеся (g 0 >0), в свободном от полей пространстве неограниченно расширяются; пучки, сформированные как сходящиеся, вначале сжимаются (r/r 0 <1), проходят плоскость наименьшего сечения (плоскость кроссовера), затем также начинают расширяться. Радиус мин. сечения пучка — радиус кроссовера-определяется выражением

5119-44.jpg

где r 0 — радиус Э. п. до входа в свободное пространство.

Радиус кроссовера тем меньше, чем меньше первеанс и больше | g 0 |. С ростом (по абс. величине) угла входа пучка в свободное от полей пространство (g 0 ) плоскость кроссовера сначала удаляется от исходной плоскости, за-

тем начинает приближаться к ней (последовательно кривые 3, 4, 5). Для каждого значения первеанса существует оптимальный «угол влёта» g 0 , при к-ром кроссовер наиб. удалён от исходной плоскости, то есть Э. п. с данным первеансом может быть проведён на наибольшее расстояние с радиусом, не превышающим исходный.

Ленточные интенсивные пучки в свободном от электрич. и магн. полей пространстве также неограниченно расширяются (становятся «толще»), контур огибающей пучка описывается параболич. законом. В отличие от осесимметричного пучка, ленточный пучок при оптимальном входном угле теоретически может быть сведён в линию, т. е. может быть получен линейный фокус. Пучки др. конфигураций в свободном пространстве также неограниченно расширяются; трубчатый Э. п. расширяется несколько меньше, чем сплошной осесимметричный.

Эксперим. проверка полученных расчётных соотношений затруднена, поскольку само понятие границы (огибающей) интенсивного пучка условно, т. к. в реальных пучках плотность тока при удалении от оси осесимметричного или от ср. плоскости ленточного пучков спадает постепенно, и границей пучка условно считается окружность или прямая, вдоль к-рой плотность тока составляет нек-рую малую долю (

0,1) её макс. величины на оси.

Потенциал Э. п. Падение потенциала внутри интенсивного пучка ограничивает возможность формирования протяжённого интенсивного пучка с высоким первеансом. Тео-ретич. исследования показывают, что в интенсивном неограниченном потоке, заполняющем пространство между двумя плоскими параллельными проводящими поверхностями с одинаковым потенциалом, определяющим энергию электронов потока, с увеличением тока в ср. плоскости образуется минимум потенциала. При достижении P=18,64 мкА/В 3/2 потенциал спадает до нуля, образуется виртуальный катод, часть электронов проходит через плоскость минимума, часть отражается к исходной плоскости, нормальное токопрохождение нарушается. Эксперим. проверка подтверждает это, именно при приближении P к 18,64 мкА/В 3/2 в потоке возникают неустрйчивости, колебания электронных слоев, прохождение тока нарушается.

В реальных Э. п., ограниченных внеш. электрич. и магн. полями, также происходит падение потенциала, но т. к. в большинстве приборов, где используются интенсивные Э. п., протяжённый пучок пропускается через трубу с положит. потенциалом, на поверхности пучка удаётся поддерживать потенциал, близкий к потенциалу трубы. Но и при наличии проводящей трубы потенциал на оси осесимметричного или в ср. плоскости ленточного пучков заметно понижается, и по достижении достаточно большого первеанса (большего, чем в случае неограниченного потока) возникает неустойчивость, пучок обрывается.

Формирование Э. п. Поскольку Э. п. в свободном пространстве неограниченно расширяется, при практич. использовании интенсивных пучков кроме системы, формирующей пучок,- электронной пушки-необходима система, ограничивающая расхождение пучка. Расширение Э. п. ограничивается с помощью внеш. электрич. и магн. полей. Классич. пример протяжённого интенсивного Э. п.- т. н. п о т о к Б р и л л ю э н а — цилиндрич. пучок, ограниченный продольным однородным магн. полем. При определ. соотношении четырёх величин — нач. радиуса r 0 , тока пучка I, напряжения U 0 , определяющего энергию электронов до входа в магн. поле, и магн. индукции продольного однородного магн. поля B 0 — теоретически возможно получить устойчивый цилиндрич. Э. п. При оптимальном соотношении r 0 , I, U 0 и B 0 макс. первеанс бриллюэновского потока достигает 25,4 мкА/В 3/2 . При макс. первеансе потенциал на оси пучка составляет всего 1/3 значения на границе. При ограничении магн. полем трубчатых пучков можно получить ещё большие значения первеанса.

Практически сформировать протяжённые Э. п. с первеансом, близким к теоретически максимально возможному, не удаётся из-за ряда причин: разброса нач. скоростей электронов, эмитированных катодом, трудности создания ограничивающих полей строго заданной конфигурации, практич. невозможностью строго выполнить нач. условия ввода пучка в систему ограничения и др. Реальные Э. п. имеют волнистую и пульсирующую границы, форма пучка не остаётся неизменной. Поэтому для предупреждения оседания электронов пучка на поверхности пролётного канала радиус проводящей трубки, сквозь к-рую пропускается интенсивный пучок, выбирается на 20-30% больше радиуса пучка.

Лит.: Алямовский И. В., Электронные пучки и электронные пушки, M., 1966; Молоковский С. И., Сушков А. Д., Интенсивные электронные и ионные пучки, 2 изд., M., 1991.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

1.8. Электронные пучки

Основным средством вакуумной электроники СВЧ, служащим для преобразования энергии источника постоянного тока в энергию электромагнитного поля СВЧ колебаний, являются электронные пучки – протяженные электронные потоки, ограниченные в поперечном сечении.

Электронные пучки создаются с помощью специальных электронно-оптических устройств – так называемых электронных пушек, выбрасывающих ускоренные электроны, траектории которых приблизительно параллельны оси пушки.

Рассмотрим такие основные характеристики электронных пучков, как мощность, первеанс и интенсивность электронного потока, а также взаимозависимость между конфигурацией электронного потока и ЗС прибора.

Мощность пучка (произведение переносимого им тока Iна напряжениеU, которым были ускорены электроны) определяет мощность прибора СВЧ:P=UI.

Важной характеристикой электронного потока является первеанс, определяемый как  . Первеанс является мерой интенсивности потока. В приборах СВЧ, как правило, применяются интенсивные электронные потоки, в которых сила взаимного расталкивания электронов существенно влияет на движение электронов, так что их действием пренебрегать нельзя. Интенсивными, как показывают расчеты, следует считать потоки, у которых первеанс принимает значения, большие 10 -8 –10 -7 A/В 3/2 . Ввиду малости численного значения первеанса часто пользуются более удобной величиной – микропервеансом m, определяемым равенством

Мощность электронного потока через первеанс можно выразить формулой

P=UI=U 5/2 .

Как видно из формулы, при неизменном первеансе мощность очень быстро растет по мере роста U(так, при увеличении напряжения на порядок мощность возрастает более чем в 300 раз).

Однако во всех приборах мощность выгоднее увеличивать не столько за счет роста напряжения, сколько за счет роста тока пучка, так как чем больше рабочее напряжение, тем сложнее конструкция изоляторов в приборе и тем сложнее источники питания и, как следствие, громоздкость и сложность высоковольтного оборудования. Снижение рабочего напряжения при заданной мощности пучка не только уменьшает сложность аппаратуры, но и приводит к уменьшению габаритов прибора за счет сокращения длины активных участков электродинамической системы (ЭДС). В ЛБВ с возрастанием первеанса может увеличиваться коэффициент усиления и КПД.

Для того чтобы сформированный пучок можно было успешно использовать в электронных приборах СВЧ, необходимо, сохраняя хорошую форму, провести его через все пространство взаимодействия с высокочастотными полями. Поскольку в сильноточных электронных пучках действуют значительные кулоновские силы взаимного отталкивания зарядов, приводящие к «разбуханию» пучков, эта задача оказывается зачастую не менее сложной, чем формирование самого пучка.

Для борьбы с «разбуханием» пучков чаще всего применяют постоянное магнитное поле, параллельное оси пучка. Из-за относительно большой длины приборов достаточно сильное магнитное поле требуется создать на большом участке. Поэтому масса магнитной фокусирующей системы (МФС) получается весьма большой. Меньшие затраты на мощность и массу магнитных систем реализуются при использовании периодической магнитной фокусировки, при которой электронный пучок пропускается вдоль знакопеременного магнитного поля. Подобную систему собирают из отдельных коротких магнитных колец, разделенных втулками из материала, обладающего высокой магнитной проницаемостью. Аналогичного результата добиваются и с помощью периодической электростатической фокусировки, которая осуществляется рядом периодически расположенных электростатических линз. Такая система обладает еще меньшей массой и потребляемой мощностью.

Помимо магнитного удержания существует еще один способ борьбы с «разбуханием» пучков, заключающийся в том, что в объем электронного пучка вводится некоторое количество положительно заряженных ионов, которые своим пространственным зарядом компенсируют отрицательный пространственный заряд электронов. В простейшем случае ионы можно создать, оставив в объеме прибора некоторое количество «неоткачанного» газа. Электроны пучка на своем пути будут ионизировать молекулы этого газа. Образовавшиеся в результате ионизации вторичные электроны выбрасываются за пределы пучка кулоновскими силами, тогда как положительные ионы будут удерживаться этими силами в его объеме. В результате даже при очень малых давлениях остаточного газа может образоваться такое количество положительных ионов, что их концентрация сравнивается с концентрацией электронов в пучке. На этом накопление ионов прекратится и установится стационарное состояние, при котором в объеме пучка образуется квазинейтральная среда, напоминающая плазму. Пространственный заряд электронов оказывается скомпенсированным, и пучок не «разбухает». Описанное явление, называемое ионной фокусировкой, наблюдается при давлениях остаточных газов, превышающих 10 -6 мм рт. ст.

В зависимости от формы поперечного сечения электронные пучки разделяются на три основных типа: ленточный, аксиально-симметричный и трубчатый.

Системой формирования электронного потока называется совокупность электрических и магнитных полей, а также образующих их электродов и магнитных цепей, необходимых для создания электронных потоков нужной конфигурации. Она содержит четыре области:

1) область электронной пушки, в которой имеется источник электронов – катод и анод, между которыми приложено ускоряющее напряжение U0;

2) переходную область – область между пушкой и областью регулярной части МФС, в которой сила электростатического поля, созданного электродами, резко уменьшается, продолжается действие сил пространственного заряда, которые в конце области становятся главной расфокусирующей силой, стремящейся расширить поток, начинают действовать фокусирующие силы магнитного поля, направленные к оси пучка; в переходной области заканчивается формирование электронного потока и происходит «согласование» параметров потока, созданного пушкой, с параметрами регулярной части системы формирования;

3) область регулярной части системы формирования, в которой расположена ЭДС прибора и происходит взаимодействие потока с СВЧ полем;

4) область коллектора, в которой электроны «отработанного» потока воспринимаемые специальной металлической поверхностью, заканчивают свое движение в системе; чем больше КПД прибора, тем меньше мощность, рассеивающаяся на коллекторе; форма поверхности коллектора выбирается таким образом, чтобы тепловые нагрузки на эту поверхность не превышали допустимой удельной величины.

Всё пучком

Этим постом я продолжаю тему использования явления взрывной электронной эмиссии, о которой я недавно рассказывал в своей статье «В сердце катодного пятна». На очереди интересная технология и оборудование по генерации сильноточных низкоэнергетических электронных пучков (НСЭП) в протяженном плазменном канале. Эта технология позволят получать поверхностные сплавы, обладающие рядом уникальных характеристик. О практических применениях данной технологии, перспективах её развития и необычных сферах использования мы поговорим в этой статье.

Как это работает?

Для генерации электронного пучка необходимо использовать вакуумную камеру, в которой установлены катоды отражательного разряда (K1, K2) и плазменный анод (A). Расстояние между катодами 20-50 см. Процесс происходит в магнитном поле. Для возникновения плазмы в разрядном промежутке должен быть инертный газ при низком давлении. Можно использовать различные газы, но чаще используется недорогой аргон.

Давления не велики — тысячные доли миллиметра ртутного столба для обеспечения максимальной «идеальности» газа. При этом длина свободного пробега молекул газа как минимум на порядок больше размера разрядной ячейки и составляет порядка десятка метров.
Теперь чтобы зажечь отражательный разряд, необходимо заземлить катоды K1, K2 и от импульсного источника питания (ИП) подать импульс положительного напряжения на анод. Также не забудем включить магнитное поле. Схема теперь будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке.

Предположим, что между катодом К1 и анодом А возник свободный электрон. Движению электрона к аноду мешает сильное магнитное поле, которое как-бы закручивает его в разрядной ячейке. Электрон начинает осциллировать между катодами, вызывая ионизацию молекул газа. Возникают дополнительные электроны, которые в свою очередь подхватывают и усиливают процесс ионизации, который начинает быть лавинным. Пространство между катодами заполняется плазмой, на их поверхностях возникают катодные пятна и разряд переходит в сильноточную (дуговую) стадию.

Такой разряд называется отражательным, так как возникает он из-за многократного отражения электронов от катодов К1 и К2 как в пинг-понге. Физика отражательного разряда хорошо изучена. Иногда такой разряд называют разрядом Пенинга.

Генерация пучка

Итак, мы научились стабильно создавать плазменный столб внутри вакуумной камеры. Разряд будет существовать до тех пор, пока подано питающее напряжение. Но это уже не так интересно. Попытаемся сгенерировать мощный электронный пучок. Для этого разрядим предварительно заряженный до 30-50 кВ конденсатор на один из катодов разрядной ячейки.

От мощного источника постоянного напряжения заряжаем высоковольтный конденсатор. Цепь зарядки обеспечивает катушка индуктивности. Это очень важный элемент схемы! Катушка индуктивности обеспечивает всю работу схемы. На постоянном токе в момент зарядки конденсатора её сопротивление мало (36 Ом), а в момент разрядки конденсатора возникает мощный импульс длительностью всего несколько микросекунд. Сопротивление катушки резко увеличивается и вся энергия, запасенная в конденсаторе, направляется на катод K1. Запуск схемы осуществляется срабатыванием разрядника S, который поджигается коротким управляющий импульсом отрицательной полярности в 4 кВ. Энергия от конденсатора передается по согласованной линии связи TL, которая выполнена из шести параллельных отрезков кабеля РК-50-9 определенной длины, чтобы четко согласовать нагрузку. Все узлы сильноточной электроники серьёзные. К примеру, конденсатор весит более 100 кг.

Что происходит в момент подачи высокого напряжения? На катоде возникает область повышенного отрицательного заряда, которая примыкает к границе плазмы отражательного разряда. Возникает, так называемый, двойной слой. Эта область является ускоряющей для электронов, которые интенсивно эмитируются с катодных пятен.

Электроны получают дополнительное мощное ускорение. Начинается формирование электронного пучка. Магнитное поле продолжает играть важную роль, не позволяя схлопываться пучку в «шнур». Это обеспечивает большую апертуру пучка, а как следствие — приличную площадь обрабатываемой детали до 70 см2. Длительность импульса составляет 3-5 мкс, энергия электронов 35-50 кэВ. Пучок распространяется в анодной плазме против магнитного поля и достигает второго электрода (K2), который уже в данном случае называется «коллектор». Именно здесь мы устанавливаем любую металлическую деталь, которая будет подвергнута обработке. Установка работает непрерывно, с частотой до 0.5 Гц. Частота определяется мощностью источника питания высоковольтного конденсатора и производительностью вакуумного оборудования. Вся установка «завернута» в серьезную систему автоматизации и управляется одним оператором. Для работы установки написано специализированное программное обеспечение. На этом вводную часть будем считать достаточной. Лучше подробнее поговорить о практическом применении этой технологии.

Что происходит с поверхностью металлических деталей?

Электронный пучок оплавляет тонкий слой поверхности (до 10 микрон глубиной), создавая на короткое время (миллионные доли секунды) жидкий расплавленный слой металла.

Происходит как мгновенный разогрев металла, так и быстрое его охлаждение, которое формирует новую структуру на поверхности металла. Происходит закалка поверхности, растворение различных примесей, формирование упорядоченной структуры поверхностного сплава. При этом можно в широких пределах регулировать характеристики пучка, создавая необходимую структуру будущей поверхности ( на рисунке — а — до обработки, b — после).

Применение технологии

Технология находит широкое применение для увеличения электрической прочности вакуумной изоляции. Это находит применение для производства разрядников, элементов и узлов СВЧ электроники, замедляющих структур, вакуумных выключателей и т.д. С одной стороны, эффект достигается за счет чистки поверхности от различных примесей и включений, а с другой — осуществляется полировка поверхности электродов.

Безусловно, одним из важнейших направлений использования данной технологии является модификация металлов и сплавов для получения уникальных эксплуатационных характеристик. Можно обрабатывать специализированные резцы, сверла, сопла, лопатки реактивных двигателей и многое другое. Ресурс обработанных деталей может быть увеличен в десятки, а иногда и в сотни раз. Пучком можно обрабатывать детали самых сложных форм.

Очень интересное применение технологии заключается в обработки пресс-форм. Поверхность пресс-формы обрабатывается пучком с целью модификации поверхности, которая продлевает ресурс пресс-форм в (иногда в несколько раз!) или позволяет изготовить пресс-форму из более дешевого материала.

Особенно это актуально для пресс-форм, работающих с агрессивными материалами или при повышенных температурах, к примеру, в производстве изделий из стекла. Детали пресс-форм меньше подвергаются «усталости» металла, а также облегчается процесс размыкания пресс-формы.

Новое направление, которое дает дополнительные возможности для данной технологии — создания сложных поверхностных сплавов, получение которых любыми другими методами невозможно. Для этого в установку для генерации пучка встроены магнетроны для напыления различных металлов. Данный подход позволяет формировать наноструктурные поверхности, обладающие уникальными характеристиками. Это стойкость к агрессивным средам, высочайшая прочность при сохранении пластичности и многое другое. При этом обработка происходит за один цикл без дополнительного развакуумирования (магнетроны на рисунке показаны справа).

Технология позволяет формировать уникальные поверхностные сплавы, обладающие дезинфекционными свойствами. Это подметили японцы и выпускают мужские бритвы, лезвия которых обработаны по данной технологии. Также обрабатываются заготовки для зубных коронок, медицинские инструменты и многое другое. Применений технологии много!

В большинстве случаев покупатели подобного оборудования являются иностранцы. Это компании из Японии, Китая, США и Европейских стран. Российские специалисты, к сожалению, лишь только присматриваются к подобным технологиям.

Я побывал в гостях у ребят, которые делают и продвигают эту технологию. Небольшое видео (5 минут).

Обработана только лицевая сторона монеты («решка»). Обработка в самом мягком режиме, так как российские монеты с тонким покрытием.

Что такое электронный пучок?

Свободные электроны в вакууме можно ускорить, а их орбиты – контролировать при помощи электрических и магнитных полей. Таким образом можно сформировать узконаправленные пучки электронов, обладающие высокой кинетической энергией, которая трансформируется в тепловую при столкновении с атомами твердого вещества. При выполнении некоторых особых условий, этот способ нагрева предоставляет нам исключительные возможности.

Особые условия:
  • Сильное электрическое поле может сообщить электронам очень высокую скорость
  • Используя магнитные линзы, пучку можно придать узко-коническую форму и сфокусировать его на очень маленьком диаметре с очень высокой плотностью мощности в плоскости столкновения пучка с поверхностью некого твердого вещества,
  • Глубина проникновения электронов в твердое вещество – в порядке сотых долей миллиметра. Плотность мощности в маленьком объеме позволяет кинетической энергии электронов превратиться в тепловую, следовательно, температура в данном объеме резко растет.

Конечный результат воздействия пучка электронов в этих обстоятельств зависит, в первую очередь, от физических свойств материала. Любой материал может расплавиться (или даже испариться) в течение очень короткого времени.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *