К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 28
Текст из файла (страница 28)
2.1.7) характеризуется известными зависимостями / = ао~ (/=Г/а(У/с») 4 /2е (/3/2 4 3 т ~2 где зс - элекгрнческая постоянная; е и тсоответственно заряд и масса электрона; г(- расстояние между электродами; (/а - напрюкение на аноде. Конфигурации электродов диодной пушки, определяется решением двумерного уравнения Лапласа г/3(// г)у2 4 Ф(// ггю2 = 0 (в области у > 0) при граничных условиях (/(у = э> = У, и л» = 0 (Х - напряженносп электрического поля) и совпадает с формой казенной (/(» 2) 0 и анодной (/(» 2) эквнпотенциалей; Зя У = д 18 —; 8 (2.1.6) (/, = А(ю -у ) / со -агсгб —, ',3 ю/ где А — константа. Таким образом, пушка, формирующая интенсивный ленточный пучок электронов, имеет: прямоугольный катод; фокусирующий электрод в виде двух пластин, наклоненных под углом 67,5 к границе пучка; анод - в виде изогнутой пластины с конфигурацией, определяемой трансцендентным уравнением (2.1.6), подходящей к границе пучка лод унтом 90 '.
В заанодном пространстве ленточный пучок расширяется за счет действия собственного пространственного заряда и рассеивающего действия анодной щели. Траектория крайнего электрона пучка является параболой: е /22 У УО= т 4ссч'И" 1/2 (2е гле ч = ( — (/а — скорость элен»рона; т ширина пучка. Преломляющее действие анодного отверстия оценивается как воздействие щелевой линзы с фокУсным Расстоанием/ = 2(/а/(Е1- - ю2), где Е1 = 4(/а/(ЗИ), а .Е2 = О. В этом случае /' = -ЗД4 где знак "-" указывает на рассеивающий характер линзы. Эаеитраииая лугииа сия формираааши иилиидричесяага лучка. Ее параметры рассчитывают аналогично. Катод электронной пушки в этом случае имеет форму диска, фокусирующий электрод - форму усеченного конуса с углом при вершине 135 ', а анод - поверхность вращения, образующая которой определяется уравнением (2.1.6).
Электронная пушка сня фориироааиия аксиааьио-симметричиого конического пучка. Вакуумный диод в виде двух коаксиальных сфер характеризуется прямолинейным движением электронов по радиусам. Сила тока и распределение потенциала (/(г() соответственно определяются вырюкениями; 16лас 2е (/а Г 3/2 т ( — сг)2 (2.1.7) 4/3 (/(я) =(/, —" где (-а)2 и (-и )2 - табулированные функции отношения радиуса кривизны к текущему радиусу. Формирование аксиально-симметричного конического сходящегося пучка электронов осуществляется путем вырезания шарового сектора с углом при вершине 20 из сферического диода (рис. 2.1.8).
Форма эквипотенциальных поверхностей вне пучка олредстшегся аналитическим решением уравнения Лапласа в сферических координатах при граничном условии (2.1.7) по распределению потенциала и равенстве нулю Гамм 21. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА (2.1.9) Х г /с Рае. 2.1.8. Нлв»а ойервчесяэге таям е - схема; йа — РахаУс сфевм хатода; й« - РаавУс сферы анода; г» - радиус хзтола; О - ~тал схслдеввя нуэва; У вЂ” УГОЛ ЛРСВЕМХЕВВЯ1 Са - Р»ЮИУС аяахвата ОтВЕРСтИЯ; тзе» - МЛВВМаЗЬНМй Раы»УС ПУЧКа; б - эквалосевявазя внешнего ззехтрэчесхсса поля; й / Л» - стласвтезьнаа оРДвлата, лерлевДваУзарнаа Сршаша ПУЧКа; й / йа - Стяаеат»ЗЬЯМй тахущяй уалвус сфервчешого анода традиента потенциала на границе пучка И(/ ((() / оЮ = О.
Эквипотенциальные поверхности с потенциалом (/а = 0 и Г/= (/« - определяют форму соответственно прикатодното (фокуаирующего) и анодного электродов пушки (рис. 2.1.8, О). Геометрические параметры пушки - радиусы кривизны катодного Я„и анодного л« электродов, утол сходимости пучка 9 - связаны с силой тока пучка / н анодным напряжением Г/а законом "степени 3/2" У 2924 ГО 4 ( )(/ з/г (- ад) где 1- в А; (/- в В. Таким образом, элааронная пушка, формирующая аксиэльно-симметричный сходюдийая пучок электронов, состоит из катода в виде таблетки радиусом с со сферической эмнпирующей поверхности радиусом Я двух электродов - катодного и анодного - выполненных в в|ие юпоколообразных поверхностей (по форме эквилотенциалей), которые расположены сооано с катодом на расстоянии (Я, - Я.) друг от друта.
Конический электронный пучок, выходя за пределы анода, дефокусируется из-за рааталкивающето дейстюи пр остр анопонно то заряда пучка и рассеивающето действия анод- ного ставр спи. В зван одном пространстве формируется минимальный радиус пучка сш;„, на расстоянии л,в;а от анода: г =гоехр(- — (/,/ (8 9), (2.1.8) 2яео Зг г) где лз - радиус пучка на выходе из анодното отверстия; ,,=«,~г»ь(,~~~+,„»= »* х (2е / тГ/аз/г. Расстояние ящ~ находится интарированием выражения (2.1.9). Электронные лушви, формирующие слаботачвме внзконятелсивяые вучюа. В слаботочных пучках пространственный заряд практически равен нулю н ограничение минимального диаметра пучка в основном определяется разбросом скоростей электронов, эмиттируемых катодом.
В качестве эмитиров обычно используются»У, Та нли 1лВ4, рабочая температура которых равна 2500 - 2850 К (УУ, Та) и 1750- 2000 К (1лйе). Срелюи тепловая энергия термоэлектронов 0,2 - 0,25 эВ. Движение электронов в слаботочных пучках определяется засономерностями шометрической оптики. При малой эмнтснрующей поверхности, равномерности электрического поля на катоде, постоажтве плотности эмиссионного тока и отсутствии аберраций слаботочная электронная пушка-лммерсиоиный объектив - формирует скрещение лучей (кроссовер) (рис.
2.1.9), которое характеризуется диаметром с(с, плотностью тока / н электронной яркосп ю Х: 11/г с(к (сТ ., е(/а г «« = — — / =/ — а; с ~ е(/ ) «ошах з ьт с ас »е а) Здесь Их - диаметр катода; «1 - постовнная Больцмана; Т - температура катода; /, = = АТгехр1-е<рс(яТ)1 - плотность электронного тока на юподе, где А - константа; арс - работа выхода электронов, где ~ре - ширина запрещенной зоны. ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ 03 — = — + — = — [ В зуг, (2дло) е г г Е а Ь ЗшГ/а [ 1,257 10 У+у 2з .2' — з/2 3('(Р / 3) + (У вЂ” з / 2) Рве. 2.1зй Тваеатэрвв эвеатревеа а вммерсвемюм ебьмп вне: К- катод; Л- линза (вммеусмснмий сбзехтав); С - скрешенвв; В - язобрмюэие автова; Гс - РзаиУс хрсссозеуа Плотносп тока в скрещении распределена по закону Гаусса.
Диаметр скрещения ограничен соотношением тепловой скорости термоэлектрона и скорости, развиваемой электроном в электрическом поле пушки. Положение кроссовера на оси пушки опреденжтся потенциалом на управляющем электроде, с ростом которого плоскость скрещения смещаеюя к аноду и выходит в заанодное пространство.
При ускорении электронов разностью потенциалов 20 - 150 кВ апертура пучка и = = (я/2)йТ / (е(4) = (1 ... 5)10 з рад. Электронная яркость, А / (смг ср): для вольфрамовых катодов - около 105, для катодов из 1аВзоколо 3.10а. Системы формироваюш иучва. Технологические ЭОС содержат электронную пушку, системы фокусировки и отклонения лучка. Система фокусировки преобразует пучок, сформированный в элехтронной пушке, изменяя его параметры (диаметр и плотность тока) до значений, необходимых для выполнения заданнмх технологических процессов; система отклонения управляет позиционированием и перемещением лучка по илгелию при обработке. Для фокусировки пучка используются осесиммегричные мапппные поля, создаваемые магнитными линзами.
Отююнение элеи- тронных пучков осущестювется с помощью однородных мапгитных полей, создаваемых двухи олю оным и мапппными устройствами. Для опоюнеиия пучка на большие углы используются системы, создюощие секторные магнитные поля. ЭОС содержат также ряд дополнительных функциональных устройств дяя юстлровки, диафрагмирования, сппмацни и бланки1юванзи пучка. Магнитные фонусиуующие линзы. Оптичесюш сила слабой и тонкой магнитной линзы определяется значением магнитной индукции цв оси линзы В и энергией электронов: где/ - фокусное расстояние; Ь и а — соответственно передний и задний отрезки линзы. Масштаб з)Е уменьшения (или увеличения) изобрюкения, равный отношению диаметра электронного пучка в фокальной плоскости на обрабатьваемом изделии к диаметру пучка в скрещении (М = Ы„ /4) связан с парамшрами линзы соопюшением М= (Ь - й //= =Е/(а - Ь).
Магнитная линза (рис. 2.1.10) обычно выполняется в виде многослойной катушки с магнитодвижущей силой ЖЕ„. Катушка закрыта магнитным экраном с иемагнитным зазором з на внутреннем диаметре линзы Р. Распределение магнитной индукции на оси такой линзы при отсутствии насьпцения материала экрана (армко-железо) и 0,5 < Р / г я 2 может быль рассчитано по формуле где В - в Тл; Е - в А; з, Р и У - линейныв размеры, см. Для з / Р < 1 при расчетах может быть использовано распределение Глаз ера В = Вы[1+ (г,/зг)2[.Оптическая сила такой лин- ' 4 Рве.
2.1.10. Схема маввтвея феиусв1цмвюя ввазы Глава 2 1. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА зы равна и/сг/ (гс(), где !сг = егВюгап / (Еси / / е(/з) - параметр, характеризующий преломляющую силу линзы; Вм = [зе]г/в/(яс!) - максималъное значение магнитной ицпукции на оаи линзы, В ю 0,48(зг + 0,45]72)1/г - геометричеаснй гирамегр (милнмапъное фокусное расстояние). Для электронов Рг 22 10сЗгс!з/(/ гдеВа-вТл;с!-всм; (/а-вВ. Для тонкой экранированной магнитной линзы, когда линейные размеры сечения катушки значительно меньше ее среднего радиуса В, дпя определения фокусного расстояния линзы может быль использовано соотношение / = 101(' (/а [1п]г) гдеХ 07;Яр-всм; (/з-вВ;1п-вА Изображение сечения скрещения (или минимальное сечение шпенаивного пучка), сформированное электронной пушкой, с помощью магнитной линзы переносится в масштабе уменьшении (увеличения) на поверхность обрабатываемого изделия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
