ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Данная работа явилась результатом выполнения научно-исследовательской работы.

Изобретение относится к плазменной эмиссионной электронике, в частности к конструкции плазменных ионных и электронных эмиттеров непрерывного действия с большой поверхностью на основе объемного разряда с холодными электродами, и может быть использовано для термической обработки в вакууме: при спекании изделий из металлических порошков, пайке, закалке, а также в технологических процессах, например, обезгаживания деталей с последующей активизацией и нанесением покрытий, когда требуется комбинация электронных и ионных пучков, решаемая в едином цикле путем переключения полярности ускоряющего частицы напряжения.

Цель изобретения - повышение надежности, экономичности и эффективности эмиттера.

Указанная цель достигается тем, что в широкоапертурном плазменном эмиттере, выполненном в едином узле электродных систем вспомогательного тороидального и основного объемного разрядов и содержащем катодные и анодные электроды, катодный электрод основного разрядного пространства выполняется плоским и сетчатым, анодный электрод выполняется общим, а катодный электрод вспомогательного разрядного промежутка - стержневым.

Широкоапертурный плазменный эмиттер содержит полый анод в форме цилиндрического тороида с диаметром внешнего цилиндра 200 мм и 28 стержневых катодов сечением 10х10 мм. Стержни радиально и на половину длины заглублены в полость анода через отверстия во внешнем цилиндре. Перемычками выступающих на периферии анода стержней являются 56 попарно скрепленных постоянных стержневых магнитов (20х7х10 мм) изSmCO₅. Магниты заключены в герметичную полость и охлаждаются потоком воздуха, нагнетаемого компрессором СО45Б. Стержневые катоды делят полость анодного электрода на 28 ячеек. Индукция магнитного поля в каждой из ячеек 8 • 10 ^-2 - 10 ^-1 Тл, причем магнитное поле в ячейках направлено вдоль рамки анода, и периодически от ячейки к ячейке направление магнитного поля меняется на противоположное. По средней линии внутреннего цилиндра анода, имеющего диаметр 154 мм, выполнена кольцевая прорезь высотой проходного сечения 2 мм. Края прорези оконтурены магнитной сталью. Все ячейки сообщаются через прорезь с основным разрядом промежутков, состоящим из пластинчатого катода в виде диска диаметром 205 мм, сетчатого катода, выполненного из стальной сетки с размерами фрагментов 1х1 мм и прозрачностью О, 64, и анода, которым служит внутренний цилиндр тороида. Внутренний цилиндр, как составная часть полого анода, является общим для вспомогательного и основного разрядов. Протяженность промежутков, между плоскопараллельными дисковым и сетчатым катодами - 30 мм. Камеры вспомогательного и основного разрядов вакуумировались через сетчатое окно диаметром 140 мм в катоде. Плазмообразующий газ (аргон, воздух) натекал в плоскость анода из четырех диаметрально противоположных отверстий. Заряженные частицы (электроны и ионы) извлекались на коллектор - металлический диск диаметром 130 мм. Протяженность промежутка ускорения составляла 7 мм.

Широкоапертурный плазменный эмиттер работает следующим образом. Сначала вакуумируются камеры вспомогательного и основного разрядов последовательно включенными насосами: вращательным НВПР-16-066 и паромасляным Р-160/700 до остаточного давления»4 • 10 ^-3 Па. Затем устанавливается рабочее давление газа в пределах 2,6 • 10 ^-2 Па. Приложение напряжения, между катодами и анодом приводит к зажиганию вспомогательного разряда с растущей вольт-амперной характеристикой. Прианодный слой пространственного заряда перекрывает апертуру кольцевой прорези и отделяет плазму от полости основного разряда. Полость же не оказывает заметного влияния на горение разряда. Однако в этой ситуации в цепи сетчатого и пластинчатого катодов регистрируется ионный ток. С ростом тока вспомогательного разряда доля ионов, проникающих в полость сетчатого и пластинчатого катодов, увеличивается, анодный пристеночный слой пространственного заряда перестает полностью перекрывать высоту прорези и плазма вспомогательного заряда из 28 ячеек радиально проникает в полость между сетчатым и пластинчатым катодами и внутренним цилиндром полого катода. При этом благодаря тому, что плазма является источником ионов и излучения, эмиссионные процессы распространяются на стенки пластинчатого и сетчатого катодов. Электрическое поле прикатодных слоев обеспечивает колебания электронов между катодами, что повышает частоту неупругих взаимодействий электронов с газом. Все это в конечном: итоге приводит к повышению плотности плазмы в межкатодной полости, увеличению разрядного тока и падению напряжения горения разряда. Зажигается основной разряд с общим анодом. Заряженные частицы (электроны и ионы) извлекаются на коллектор подачей плавно регулируемого электрического напряжения 0 - 10 кВ соответствующей поляпности от высоковольтного выпрямителя между зазем- ленным сетчатым катодом и изолированным коллектором.

В условиях технологического применения широкоапертурного плазменного эмиттера (извлекающее напряжение 10 кВ, ускоряющий промежуток 7 мм, давление аргона в промежутке 4 • • 10 ^-2 Па) сформирован пучок электронов поперечным сечением 140 мм, током 0,1 - 0,2 А. При смене полярности извлекающего напряжения получен пучок ионов диаметром 140 мм, током 0,015 А. Возбуждаемая стационарная объемная плазма высокооднородна. Равномерность распределения плотности тока =0,05.

Использование широкоапертурного плазменного эмиттера, построенного на принципе сосредоточения вспомогательного разряда на периферии и по всему периметру радиально широкой и аксиально-короткой цилиндрической электродной полости, обеспечивает генерирование плотной стационарной высокооднородной плазмы. По конструктивному исполнению плазменный эмиттер проще эмиттеров большой площади со вспомогательным разрядом с аксиальной инжекцией заряженных частиц в цилиндрический анод-формирователь (экспандер). ~ Исключение дополнительных элементов, не влияющих на конечные параметры прибора, снижает металлоемкость и трудозатраты на изготовление.

Широкоапертурный плазменный эмиттер, содержащий основное и вспомогательное разрядные пространства с электродными системами, включающими катодные и анодные электроды, причем катодный электрод основного разрядного пространства выполнен плоским и сетчатым, систему постоянных магнитов, отличающийся тем, что анодный электрод выполненный общим, а катодный электрод вспомогательного разрядного промежутка - стержневым.