辉光放电电子枪

文摘

在目前的工作中,我们表现出直流辉光放电的实验结果电子枪源(DCEG)和他们的连续发展电子束能量低于5 keV和高强度光束几十微安在某些应用程序中使用。一种新型的直流辉光放电电子枪的开发和修改改进治疗供应低功率和高电子电流密度的应用程序。这个电子源的工作条件异常辉光放电。最好的工作条件被发现在排气压力范围的身手mbar尤其和阴极和阳极之间的间隙距离= 3毫米和磁盘的聚四氟乙烯绝缘直径5毫米,最后,阴极退出和器之间的距离(聚焦电极)= 4毫米。内部和外部操作特征(放电和离子束电流输出)研究了在这个最佳距离使用氢气,氮气和空气气体。最后,辉光放电电子枪是用作制备工具表面的聚对苯二甲酸乙二醇酯宠物聚合物基质准备涂层或薄膜沉积。原始的宠物是透明的,它的表面是光滑的

关键字

辉光放电电子枪,聚合物基板和薄膜,等离子体和电子束。

介绍

电子资源使用范围广泛的技术包括显示(1)、通讯设备(2),电子束成像设备(3)、微波放大器(4)飞船甚至电动推进系统,5]。使用最广泛的电子源仍然是热离子阴极用于电视阴极射线管和高功率微波放大器,尽管它的受欢迎程度在下降随着平板显示器的出现。

电子枪(1,2,3,4,5)都进行了广泛的研究,以获得高质量的梁高电流;初看上去,我们只有这项工作的结果应用于离子源。事实上,放电等离子体之间的边界面和提取区域移动时放电的电气参数改变。检查发射表面等离子体的性质提供了一个explantiation阴极边界条件的地区。分析电流在阴极鞘之间和等离子显示电子束电流与等离子体的离子电流阴极的关系(6,7]

其中M_我离子质和M_e是电子质量,J_e和J_我当前的电子和离子密度,分别。

最常见的使用枪支电子在阴极射线管,广泛应用于电脑和电视监控。一个电子枪也可以用来电离粒子通过添加或删除电子从一个原子。这种技术有时被用于在一个过程被称为电子电离质谱电离粒子蒸发或气体。更强大的电子枪支用于焊接、金属涂层、金属3 d打印机,金属粉末生产和真空炉。

广泛的固体表面特性、机械、化学、光学、磁性、电及超导特性可以修改的结果与离子和电子束轰击。相应地,电子束研究的重点转向最近electron-solid交互的基本方面,表面工程,主要是纳米结构技术,小说tribiological,腐蚀,和光学应用。离子和电子束轰击固体目标造成重大转换轰炸表面的结构和性能8,9,10]。当一束高能粒子进入固体领域的多个流程发起交互。高分子材料在医学应用中非常重要,因为它具有较高的生物相容性、低毒性和一系列的机械性能类似的组织材料;同样重要的是在许多工业应用材料。电子和离子束设备发挥了重要作用在半导体制造和纳米技术产业11,12,13]。

实验装置

效率高的示意图辉光放电电子来源及其相关电路所示图1。这个电子源由铜皮尔斯阳极使用小光圈形状限制排放和铝平面阴极。阳极内部直径等于46毫米在上游端和20毫米直径的降低,其长度为34毫米。铝阴极孔径的直径1.5毫米,长度等于5毫米。飞机皮尔斯阳极和阴极都沉浸在绝缘体的电木材料。聚焦电极是一个器放置在4毫米的阴极退出。收集器(法拉第杯)坐落在距离5厘米的出口孔径阴极和用来测量输出离子束电流。这个源的工作原理是基于初级电子与气体分子碰撞产生的电离机制由于阳极和阴极之间的电位差。铜材料的阳极是由精选的高电离系数和它看起来像一个皮尔斯形状来改善放电的稳定性。阴极是由铝二次发射系数很高。

工作气体是承认源通过软管的胶木法兰固定在阳极上的一面。10 kV电力供应用于启动直流放电(辉光放电)在阳极和阴极之间。完整的不锈钢真空系统由硅扩散泵油提供电加热器和支持扶轮前使用真空泵。液态氮之间的陷阱是固定的电子源室和硅油硅扩散泵,以防止油蒸汽进入源室。工作气体传播源通过罚款从气瓶气体导纳控制针阀控制和调整使用的气体流量。

实验结果和讨论

在这项研究中,该系统是疏散到大约3 x10⁵mbar移除前的剩余气体注气用于电子源。电子源装置真空系统内引入之前打扫干净了。他们是抛光,由丙酮洗。应该删除的抛光电极部分不规则零件的表面和污染由于侵蚀材料的放电。没有灯丝在这意味着更少的能源消耗比大多数其他类似规模和能力的来源。这会影响长寿源比可预期的时间内从其他来源和溅射源减少产生的污染物质内部的来源。

图2显示了电子束电流的依赖,我_e放电电流,我_d对于不同的氢气压力。我可以看到_e增加增加我_d并通过减少气体压力。放电电压V的强烈依赖_d在气体压力在不同放电电流所示图3。很明显,通过增加氢气放电电压降低压力。电子电流取决于放电电流和气体的压力。

图4显示之间的关系集中聚焦电极电压和电子束电流在不同氢气压力在一个固定的阳极和阴极之间的距离3毫米和0.6 mA的放电电流。阴极退出和器之间的距离等于4毫米。从这个图很明显,增加了聚焦电压应用于聚焦电极伴随着增加的电子束,在聚焦电压达到最大值- 3 kv的氢气压力2 x10³mbar。的最大电子电流260μA氢气被发现。

图5显示之间的关系集中聚焦电极电压和电子束电流在不同氩气压力在一个固定的阳极和阴极之间的距离3毫米和0.6 mA的放电电流。从这个图很明显,增加了聚焦电压应用于聚焦电极伴随着增加电子束电流达到最大值,聚焦电压- 2 kv的氩气压力1.5 x10³mbar。氩气的最大电子电流175μA被发现。

图6显示之间的关系集中聚焦电极电压和电子束电流在不同空气气体压力在一个固定的阳极和阴极之间的距离3毫米和0.6 mA的放电电流。从这个图很明显,增加了聚焦电压应用于聚焦电极伴随着增加电子束电流达到最大值,聚焦电压与空气气体压力5 - 3 kv x10⁴mbar。最大的电子电流106μA空气气体被发现,而15μA最小电子电流被发现,在空气气压1.1 x10³mbar和聚焦的聚焦电极电压-1.5 kV。

图7显示之间的关系集中聚焦电极电压和电子束电流不同放电电流的0.2,0.4和0.6 mA在氢气压力P = 2 x10³mbar和不同放电电流的0.2、0.4和0.6。发现,增加的聚焦电压聚焦电极伴随着增加更高的放电电流的电子电流0.6 mA。最高的电子电流260μA - 3 kv的聚焦电压。

图8节目聚焦电压和电子束电流之间的关系与不同放电电流的0.2,0.4和0.6,分别在氩气压强P = 2 x10³mbar。发现,聚焦电压的增加伴随着增加电子的电流放电电流0.6 mA。最高的电子电流215μA - 3 kv的聚焦电压。

图9节目聚焦电压和电子束电流之间的关系与不同放电电流的0.2,0.4和0.6,分别在空气气体压力P = 1.1 x10³mbar。发现,增加的聚焦电压聚焦电极伴随着增加更高的放电电流的电子电流0.6 mA。最高的电子电流215μA聚焦最低- 1.8千伏的电压,而一个被发现的18μA - 1.4 kV的聚焦电压。

图10节目聚焦的影响电压应用于电子上的聚焦电极电流与不同气体的放电电流0.4 mA和气体压力2 x10³mbar。从这个图得出,利用氢气生产电子目前被发现的最大一个及其价值达到140μA聚焦电压最低- 1.8 kV而电子电流被发现12μA使用氮气- 1.6 kV的聚焦电压。粗略地讲关于阴极电位降两个函数的乘积,电离的气体和二次发射阴极。氩气和氮气气体电离系数大。

辉光放电电子枪的应用程序

直流辉光放电电子枪(离散)作为一种制备工具表面的聚对苯二甲酸乙二醇酯宠物聚合物基质准备涂层或薄膜沉积。同时,PVA样本被这个电子源和显示一个有前景的结果,氩离子束用于此目的。

Fig.11显示的影响PET样品辐照前后的红外光谱与不同的气体。从这个图很明显,氮气的PET样品辐照是高于辐照与氢。红外光谱表明,没有改变整体结构的聚合物,但一个小水晶观察带强度的变化。这可能发生由于无定形的部分增加,这可能是由于打破一些债券的结构以及增强一些官能团。原始的宠物是透明的,它的表面是光滑的。

Fig.12显示了影响PVA样品的红外光谱辐照前后使用氩气。在这种情况下,样品辐照与氩气的透光率高于没有辐射。

结论

直流辉光放电的操作参数电子枪(DCEG)获得并用于某些应用程序。最好的工作条件被发现在阳极和阴极之间的间隙距离3毫米和阴极之间的距离退出器= 4毫米。排放压力被发现在10⁴mbar和0.6 mA的放电电流。

直流辉光放电电子枪是用作制备工具表面的聚对苯二甲酸乙二醇酯宠物聚合物基质准备涂层或薄膜沉积,同时,PVA样本被这个电子源和显示一个有前景的结果,氩电子束用于此目的。

红外光谱表明,没有改变整体结构的聚合物,但一个小水晶观察带强度的变化。这可能发生由于无定形的部分增加,这可能是由于打破一些债券的结构以及增强一些官能团。

引用

1. P Spadtke。离子的物理和技术来源,编辑I.G.布朗,2004年纽约:约翰·威利。
2. Spetier。聚焦的带电粒子。纽约和伦敦:学术出版社,1967年。
3. E书. .等离子体阴极电子来源、物理、技术、应用程序。德国:魏因海姆威利VCH -, GmbH & Co .公司,2006年版。
4. Sushkov Molokovsky年代。强烈的电子和离子光束。柏林德国海德堡:斯普林格出版社,2005年。
5. T托米,博士论文,liquid-jet-target微焦点x射线来源:电子枪支,光学和相衬成像,应用物理学系皇家理工学院的斯德哥尔摩,瑞典,2008年。
6. 倪Bassal。阿拉伯核科学与应用杂志。2012;45 (4):137 - 143。
7. BH狼。手册的离子源。CRC出版社。Inc .波卡拉顿;纽约,1995年。
8. RK马库斯江淮。在分析光谱Broekaert“辉光放电等离子体”。约翰威利& Sons, 2003。
9. 百喜。气体排放二世,斯普林格出版社,柏林,哥廷根,德国海德堡(1956)。
10. 印度斯利瓦斯塔瓦,et al .,纯粹与应用物理杂志。2010;48:782 - 786。
11. LS Farenza et al .诊断本月和冰毒b . 1995; 105年。
12. m . Abdul-Kader。哲学杂志。2009;89 (3):162 - 169。
13. SG Prasad, Abhijit De Udayan De, Int J光谱学。2011;1 - 7。