Голеніцкій І І, Духіна Н Г, Корольов А Н, Симонов К Г Федеральне державне унітарне підприємство НВП «Исток» Вокзальна 2а, м Фрязіно, 141190, Росія факс: (095) 9749013, e- mail: istkor@elnetmskru

Анотація – Наведено результати розробки елек-тронному-оптичної системи Відпаяв електронної гармати для виведення в атмосферу чи іншу газову середу широкого стрічкового електронного потоку У гарматі використовується стрічковий катод розміром 320×6 мм ^, розташований поблизу катода прямокутний фокусирующий електрод з щілинними отворами по краях його широких бічних стінок і анод у вигляді порожнистої труби прямокутного перерізу, торець якої закритий масивної мідної гратами із закріпленою на ній титанової фольгою товщиною 20 мкм для виведення пучка з вакуумного обсягу гармати Розмір прямокутного випускного вікна 320×40 мм ^, імпульсна величина катодного струму 25 А, прискорює напруга 200 кВ Форма електродів і міжелектродні відстані оптимізовані з використанням методу компютерного моделювання, що дозволило забезпечити необхідну величину струму, опромінення пучком прискорених електронів всій поверхні випускного вікна і однорідний розподіл потужності дози випромінювання за випускним вікном Гармата призначена для використання в технологічних установках для радіаційної обробки виробів і матеріалів пучками прискорених електронів

I                                       Введення

Відпаяні електронні гармати формують і виводять потужний широкий електронний потік з енергією електронів 200 кВ в атмосферу чи іншу газову середу Пріоритет в області створення цього нового кпасса електровакуумних приладів належить ФГУП НПП «Исток» [1, 2]

Відпаяні електронні гармати являють собою різновид прискорювача прямої дії, який відкачано і герметизований (Відпаяв) ще в процесі виготовлення і надалі експлуатується без використання вакуумних насосів [3, 4]

Розробка відпаяти електронних гармат була стимульована у звязку з розвитком перспективного наукового напрямку по застосуванню щодо низькоенергетичних (200 кВ) електронних пучків в промисловості, медицині, лазерної техніки та інших областях

Низькоенергетичні електрони проникають в речовину на невеликі глибини (порядку 01 мм) і енергія електронного пучка практично повністю поглинається тонким шаром речовини, тому потужність поверхневої дози опромінення речовини досить висока навіть при незначних потужностях електронного пучка У звязку з цим застосування відпаяти електронних гармат вельми ефективно в промисловості для високопродуктивної радіаційної обробки тонких полімерних матеріалів з метою поліпшення їх фізико-хімічних властивостей або одержання нових матеріалів

У медицині відпаяні електронні гармати можуть бути використані для поверхневої радіаційної стерилізації медичних виробів Дозу 20 кГр, яка необхідна для надійної стерилізації вироби, можна отримати всього за 05 -10 сек Поверхнева стерилізація вельми ефективна у випадках, коли обробка обєкта на всю глибину просто шкідлива До таких виробів відносяться, наприклад, штучні кришталики ока, вживлюючі електроди, імплантовані кардіостимулятори та ін

У лазерній техніці відпаяні електронні гармати можуть знайти застосування при створенні потужних електроіонізаціонних лазерів і лазерів з накачуванням електронними пучками

У даний роботі розглянута нова конструкція Відпаяв електронної гармати із збільшеною поверхнею опромінення за допомогою широкого стрічкового електронного потоку і поліпшеною якістю опромінення за критерієм однорідності розподілу потужності дози опромінення на оброблюваної поверхні [5] Розробка проекту гармати проводилася з використанням методу компютерного розрахунку тривимірних електронно-оптичних систем

II                              Основна частина

Конструктивна схема гармати показана на Рис1 Вона містить такі основні елементи: стрічковий катод, що складається з розташованих в ряд елементарних стрічкових катодів 1 тримач катодів 3 високовольтний ізолятор 4 перший фокусуючий електрод 5 з наскрізним отвором 6 і наскрізними щілинними отворами 7 на широких бічних стінках другий фокусуючий електрод 8 з наскрізним отвором 9 корпус гармати 10 вікно виведення електронів 11, встановлене в торцевій частині корпусу 10, виконане у вигляді титанової фольги

12, вакуумно-щільно зєднаної з опорним підставою 13 у вигляді решітки з щілинами 14 і перемичками 15 вбудований мініатюрний електророзряд-ний насос 16 Пунктиром 17,18 на

Рис 1 схематично показані кордону стрічкового електронного потоку

Розміри електродів і міжелектродних відстаней визначалися методом компютерного моделювання електронно-оптичних систем з асиметричною конфігурацією електродів, що формують потужні релятивістські електронні потоки [6] Основні технічні вимоги до гармати зводилися до забезпечення потрібної величини струму, повного опроміненню всій поверхні вихідного вікна і зниження перепаду потужності дози опромінення на поверхні обєкта в межах площі вихідного вікна гармати

В результаті попередніх експериментів з гарматою зазначеного типу було встановлено, що для поліпшення рівномірності потужності дози опромінення на поверхні обєкта необхідно забезпечити підвищення щільності струму пучка по периметру вихідного вікна Це досягалося за допомогою поздовжніх щілин, виконаних по краях двох широких бічних стінок першого фокусирующего електрода (Рис2)

Положення і розміри щілин оптимизировались методом компютерного моделювання [6]

Fig 1 The draft of unsoldered electron gun

У гарматі використовувався стрічковий катод довжиною 320 мм і шириною 6 мм, анод з вікном виведення електронів довжиною 320 мм і шириною 40 мм, перший і другий фокусують електроди, електрично зєднані з катодом У широкій бічній стінці труби першого фокусирующего електрода були виконані щілини у формі сполучених прямокутника і трапеції Довжина щілин 80 мм, максимальна ширина щілин з боку вузьких бічних сторін фокусирующего електрода 18 мм Відстань від випромінюючої поверхні катода до внутрішньої поверхні вікна виведення електронів 180 мм

Розподілу щільності струму (рісЗ) представлені у вигляді поверхонь в декартовій системі координат XYZ (мм) Початок системи координат розташовано в центрі катода (вікна виведення електронів), координата У спрямована уздовж поздовжньої осі катода (вікна виводу), X – уздовж ширини катода (вікна виводу), Z – уздовж осі гармати по напрямку руху електронів

Розподіл щільності струму в середній області катода приблизно в межах площі 4×160 мм1 близько до рівномірного, а її величина становить

0 015 мм ^ (рісЗ) На бічних кромках катода щільність струму максимальна і становить приблизно

0 02 А / мм ^, потім вона плавно спадає у напрямку до центру катода на осьовій довжині, близької до осьової довжині щілини Аналогічний характер має розподіл густини струму на внутрішній поверхні вікна виведення електронів з тією відмінністю, що у звязку з розширенням стрічкового потоку до розміру ширини вікна виводу (40 мм) середня величина густини струму в центральній області вікна виводу становить 00015 А / мм ^ Максимальна щільність струму на бічних краях вікна виведення становить приблизно 00025 мм ^ (рісЗ)

Puc 2 Конфігурація першого фокусирующего електрода з бічними поздовжніми щілинами

Fig 2 Design of the first focusing electrode with side longitudinal slots

Ь)

Рис 3 Результати компютерного моделювання щільності струму на катоді (а) і на внутрішній поверхні вікна виводу (Ь)

Fig 3 Results of CAD of current density on cathode (a) and on internal surface of the output window (b)

Загальний вид гармати показаний на Рис4

Рис4 Зовнішній вигляд електронної Відпаяв гармати

Fig4 Appearance of unsoldered electron gun

Проведені вимірювання потужності дози опромінення на поверхні обєкта (Рис5) підтвердили очікуване поліпшення якості опромінення і ефективність роботи гармати

IV                                  Висновок

Запропонована електронно-оптична система Відпаяв електронної гармати формує широкий стрічковий електронний потік з рівномірним розподілом потужності дози опромінення на обєкті Вона енергетично вигідна і може застосовуватися при створенні нових компактних установок для радіаційної обробки виробів і матеріалів пучками прискорених електронів

Рис 5 Експериментальні криві розподілу нормованої щільності струму уздовж вікна виведення електронів в зоні опромінення обєкта гарматою зі ш, ялинами в бічних стінках фокусіруюш, його електрода (крива 1) і без ш, ялин (крива 2)

Fig 5 Distribution of normalized current density along electron output window In the zone of object radiation by the gun with slots In side walls of the focusing electrode (cun/e 1) and without slots (cun/e 2)

V                                     Література

[1] Simonov к ​​G, Sealed-off electron guns / Editor

N D Devyatkov = M Radio I Svyaz, 1985 – 128p

[2]  Korolev A, Simonov Κ, A new class of small-sizen sealed- off electron guns providing a broad electron beam Electron Techn, ser1, no 2, pp9 – 16, 2003, Electronica SVCH

[3]  Korolev A, Simonov Κ, Pirozheni<o V New type seald-off accelerators of 200 keV electron beam if Proceedings of EPAG 2000, Paris, France – P 2769- 2771

[4] Pirozheni<o V M, Korolev A N, Simonov Κ, G Compact 200 keV electron beam system if Proceedings of the 2001 Particle Accelerator Conference, Chikago, 2001 – P 663-665

[5] RF Patent № 2267830 Sealed-off electron gun for transmitting ribbon electron beam from the vacuum region of the gun into atmosphere or some othe gas medium I I Golenitskij, A N Korolev, K G Simonov Published 10012006 in Bulletin № 01, priority of June 30 2004

[6] Goienitsi<iji i, Dukhina N G, Kanevsky E i A comprehensive computation of 3D optoelectronic and magnetic focusing systems Electron Techn, ser1, no2, pp55 – 6, 2003, Electronica SVCH

UNSOLDERED ELECTRON GUN FOR TRANSMITTING BROAD RIBBON ELECTRON BEAM FROM VACUUM REGION OF THE GUN INTO THE ATMOSPHERE OR OTHER GAS MEDIUM

I                         I Golenitskij, N G Dukhina,

A N Korolyov, K G Simonov Federal state unitary enterprize «Istok» Vokzalnaja, 2a, Fryazino, 141190, Russia Fax: (095) 4658686, e-mail: lstkor@elnetmskru

Abstract – Presented in this paper are the results of unsoldered electron gun design for transmitting broad ribbon electron beam into the atmosphere or other gas medium The gun uses ribbon cathode 320 x 6 mm^, rectangular focusing electrode located near the cathode with slot holes on the edges of its wide side walls and anode as a hollow tube with rectangular cross- section, whose end is closed with a massive copper grid with 20 μm titanium foil fixed on it in order to transmit the beam from vacuum volume of the gun The size of rectangular output window is 320 X 40 mm^, cathode current pulse power is 25 A, accelerating voltage is 200 kV The electrode shape and interelectrode spacings have been optimized using CAD, which allowed providing required current, homogeneous irradiation of the whole output window and homogeneous distribution of radiation doze behind the output window The gun is designed to be used in technological installations for radiation processing of products and materials by beams of accelerated electrons

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