Анотація – У роботі представлені результати теоретичного аналізу двох модифікацій аксіально-симметрич-них електронно-оптичних систем зі сходящейся оптикою на основі раніше розробленого алгоритму Отримано інформацію про профіль і розподілі щільності струму електронного пучка з урахуванням токооседанія на електродах

I                                       Введення

Завдяки широкому застосуванню електронних пучків (ЕП) в електроніці НВЧ для створення науково-дослідних, промислових, а також побутових приладів, значна увага приділяється питанням конструювання та підвищення ефективності систем формування потоків електронів Відомо, що для отримання інформації про електронний пучку використовуються як теоретичні, так і експериментальні методи досліджень [1-2] Однак, як на попередній стадії проектування, так при оптимізації режимів роботи електрон-но-оптичної системи, доцільним є її чисельний аналіз Проблема широкого спектра теоретичних методів розрахунку полягає у відсутності універсального алгоритму розрахунку елек-тронному-оптичних систем, що, найчастіше, вимагає пошуку індивідуального підходу для вирішення конкретного завдання У даній роботі представлені можливості алгоритму розрахунку траєкторій руху електронів для аксіально-симетричних елекгрон-но-оптичних систем

II                              Основна частина

Обєктом дослідження в даній роботі є дві модифікації аксіально-симетричних електронних гармат, конфігурації електродів яких наведені на рис1 і рис2, де 1 – термокатодом 2 – фокусуючий електрод 3 – перший анод 4 – другий анод (тільки для системи на рис1)

Рис 1

Fig 1

Підготовчий етап розрахунку полягає в завданні просторової геометрії електродів, розбитті їх на елементарні ділянки і визначення поверхневої щільності зарядів Після чого можливе визначення картини розподілу потенційного поля всередині системи [3]

Рис 2

Дрозденко А А Сумський державний університет вул Римського-Корсакова 2, м Суми, 40007, Україна тел: (0542) 370318, e-mail: vp@sumdueduua

Fig 2

Використовуючи розподіл потенціалу та його похідних (до 4-го порядку) на оптичній осі системи розраховуються траєкторії руху електронів [4] При цьому рух електронів описується нелінійним диференціальним рівнянням 2-го порядку [5], для вирішення якого застосований неявний однокроковий алгоритм Еверхарт Аналіз траєкторій руху електронів дозволяє отримати розподіл щільності струму пучка в будь-якому його перерізі На рісЗ представлені розподілу щільності струму в перетинах 2, 5 і 8 мм (відповідно криві 1, 2 і 3) від термокатодом для системи, представленої на рис1 при струмі ЕП 7,5 мА

Рис 3

Fig 3

Аналогічна інформація для другої електронної гармати представлена ​​на рис4, де розподілу щільності струму по діаметру ЕП показані кривими 1, 2 і 3 відповідно для відстаней 2, 4 і 6 мм від термокатодом

Більш докладний траєкторний аналіз першої системи показує, що при струмі 7,5 мА починається осідання електронів на вістрі анода (рис1) При збільшенні струму до 15мА, осідання становить 20% на другий аноді Для другої системи осідання електронів починається при 5мА, а при збільшенні струму до Юма досягає 25% на аноді Огинають ЕП з високими значеннями струмів показані пунктирними лініями на рис1 і рис2 Порівнюючи результати моделювання двох систем можна зробити висновок про перевагу першої системи за величиною струму, діаметру кросовера

Рис 4

Fig 4

При розрахунку задавалися потенціали Uo = 0 В, Uai = 180B і Ua2 = 3200 в для першої системи, і Uo = 10 В, Ua = 600 в для другої системи

Крім того, розроблений алгоритм дозволяє варіювати розподілом щільності струму на емітує поверхні, максимальним розкидом електронів по енергії, середньою енергією вильоту і граничними кутовими характеристиками

III                                    Висновок

в роботі представлені результати реалізації алгоритму теоретичного аналізу двох модифікацій аксіально-симетричних систем, який дозволяє отримати інформацію про конфігурацію електростатичного поля, траєкторій електронів, профілі і розподілі щільності струму електронного пучка, а також провести облік осідання струму на електродах

IV                             Список літератури

[1] Александров Г І, Заморозків Б М, Калінін Ю А та ін / / Огляди з електронної техніки Серія «Елетроніка НВЧ», 1973, Вип 8 (108) – 206 с

[2] Молоковський С І Сушков А Д Інтенсивні електронні та іонні пучки – М: Вища школа, 1991 – 304с

[3] Воробйов Г С, Пономарьов А Г, Дрозденко А А, Коп-лик І В Чисельне моделювання руху електронів в електричному полі аксіально-симетричних електронно-оптичних систем / / Вісник СумДУ –

2003 – № 10 (56)-С 135 -144

[4] Воробйов Г С, Дрозденко А А, Пономарьов А Г, Пуш-Карєв к А Перспективи застосування перехідного випромінювання в діагностиці високоінтенсивних електронних пучків / / Компресорне і енергетичне машинобудування – 2005 – № 2 (2) – С 93 – 97

[5] Сіладьї М Електронна та іонна оптика: Пер з англ – М: Світ, 1990 – 639с

THEORETICAL ANALYSIS OF AXIAL FORMING SYSTEMS OF ELECTRONIC BEAMS

Drozdenko A A

Sumy State University

2,         Rymski-Korsakov Str, Sumy, 40007, Ukraine Ph: (0542) 392372, e-mail: vp@sumdueduua

Abstract – The theoretical analysis results of two modifications of axial-symmetric electron-optical systems with converging optics based upon previously developed algorithm are presented The information on a structure and distribution of current density of an electronic bunch taking into account settling on electrodes is obtained

I                                        Introduction

Due to the wide application of electronic bunches (EBs) in SHF electronics for creation of scientific-research, industrial, and also household devices, the significant attention is paid to the problems of designing and efficiency increase of systems for formation of electron streams It is known, that for reception of the information on an electronic bunch both theoretical and experimental methods of research [1-2] are used However, its numerical analysis is expedient both on the preliminary design stage, and for optimization of operation modes of the electron- optical system The problem of a wide spectrum of theoretical methods of calculation is in absence of universal algorithm for calculation of electron-optical systems, and it frequently demands searching an individual approach for the decision of a specific task In this work some opportunities of calculation algorithm of electron movement trajectories for axial-symmetric electron-optical systems are presented

II                                       Main Part

Objects of research in the given work are two modifications of axial-symmetric electronic guns their configurations of electrodes are given on Fig 1 and 2

The preparatory stage of calculation is the task of spatial geometry of electrodes, their splitting into elementary sites and determination of superficial density of charges Then determination of distribution shape of a potential field inside the system

[3] is possible

Trajectories of electron movement [4] are calculated using distribution of a potential and its derivatives (up to the 4th order) on the system optical axis Movement ofeiectrons is described by the nonlinear differential equation of the 2nd order [5], of Everkhart implicit single-step algorithm is applied for its solution The analysis of trajectories of motion of electrons allows getting distributing of current density of EB in any section Fig 3 presents distributions of current density in 2, 5 and 8-mm sections (curves

1,  2 and 3 correspondingly) from a thermo-cathode for the system presented on Fig 1 at EB current of 75 mA

Analogical information for the second electron gun is presented on Fig4, where distributing of current density is shown with curves 1, 2 and 3 accordingly for 2, 4 and 6-mm distances

More detailed trajectory analysis of the first system shows that at the 75 mA current settling of electrons begins on the edge of anode (Fig1) Increasing current up to 15 mA, settling is 20 % on the second anode For the second system, settling ofeiectrons begins at 5 mA, and increment is up to 25 % on the anode at increasing of current up to 10 mA

In addition, the developed algorithm allows tuning current density distribution on an emitting surface, by maximal energy spread, middle energy of emission and maximum angular distribution

III                                      Conclusion

The results of realization of algorithm of theoretical analysis of two modifications of the axial-symmetric systems are presented in the present work, it allows obtaining information about configuration of the electrostatic field, trajectories of electrons, type and distributing of current density of electron beam, and also conducting the account of settling of current on electrodes

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р