Курсовая работа: Увеличение электрической прочности ускоряющего промежутка электронного источника при наличии пучка
Ib = 0.1 ¸ 1 A (ток электронного пучка)
R = 6 мм = 0.006 м (радиус эмиссионного отверстия анода)
d = 5 мм = 0.005 м (расстояние между анодом и экстрактором)
Рабочим газом является остаточная атмосфера воздуха. В качестве рабочих параметров примем параметры азота N2 . Для азота из [1]:
м (длина свободного пробега молекулы азота
при P=1Торр и T=273K);
M = 4.651×10-26 кг (масса молекулы азота)
Будем считать, что lГ , li, le изменяются незначительно при изменении тока электронного пучка и напряжения на промежутке в указанных пределах, поэтому данные величины считаем постоянными. Для определения li и le воспользуемся формулами из [1]:
, или 
, или 
Экспериментально установлено, что электроны в пучке имеют энергию порядка 4 эВ, что соответствует температуре 46400К. Вычислим li и le для этой температуры и P = 0.1 Торр :
м ; 
м
Для получения зависимости пробивного напряжения промежутка от концентрации нейтралов Uпр =f(nb ) воспользуемся экспериментальной кривой Uпр =f(P) для случая, когда электронного пучка нет. Тем самым мы учтём конструктивные особенности электродов.
Таблица 6.1. Экспериментальная зависимость Uпр =f(P) при Ib = 0
| P, мТорр | Uпр (P), кB |
60 80 100 120 140 160 | 12,5 10 6 3 1 0,5 |
Итак: 
, а из формул (4.9 и 4.1): 
,
т.е. пробивное напряжение зависит от концентрации нейтралов, которая, в свою очередь, зависит от напряжения на промежутке.
Будем искать пробивное напряжение, решая систему этих уравнений для нескольких Ib и P (решение в MathCAD приведено в приложении 1).
Таблица 6.2. Экспериментальные и расчётные результаты.
P, mTorr | Uпр , кВ | ||||
| расчёт | эксперимент | ||||
| Ib = 0A | Ib = 0.5А | Ib = 1A | Ib = 0.5A | Ib = 1A | |
60 80 100 120 140 160 | 12,5 10 6 3 1 0,5 | 14,4 12,4 9,4 4,1 1,2 0,48 | 15,2 13,5 11,5 6,4 1,5 0,47 | 14 12 9 6 4 3 | 15 13 10 7 5 4 |
По данным таблицы 6.2 построим графики зависимости Uпр =f(P) для расчётных и экспериментальных данных.
|
Рисунок 6.1. График зависимости Uпр =f(P) при Ib = 0.5A
|
Рисунок 6.2. График зависимости Uпр =f(P) при Ib = 1A
|
Рисунок 6.3. График зависимости Uпр =f(P)ы
7. ВЫВОДЫ
Таким образом, как показали расчеты, проведенные с использованием приведенной выше модели - при увеличении энергии обратного потока ионов, образующихся в ускоряющем промежутке плазменного источника электронов в результате ионизации газа электронным пучком, имеет место снижение концентрации нейтралов. В свою очередь, энергия ионов увеличивается по мере роста тока электронного пучка. Результаты модели находятся в хорошем согласии с зависимостями, полученными экспериментальным путем. Локальный нагрев газа электронным пучком ведёт к увеличению электрической прочности ускоряющего промежутка плазменного источника электронов в присутствии пучка в ускоряющем промежутке, в форвакуумном диапазоне давлений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Левитский С. М. “Сборник задач и расчётов по физической электронике”– Киев, изд-во Киевского университета, 1960 – с. 178
2. Гапонов В. И. “Электроника”, ч.1 – М.: Физматгиз, 1960
3. Крейндель Ю. Е. “Плазменные источники электронов”, 1977
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
