Газорозрядна електронна гармата

1. Газорозрядна електронна гармата, яка складається з герметичного металевого корпусу, в якому розміщені високовольтний ізолятор, холодний увігнутий катод з розвиненою емісійною поверхнею, співвісний з ним порожнистий анод, донна частина якого виконана у вигляді плити з каналами для охолоджуючої води, які виконані всередині тіла плити і зв'язані між собою в єдину систему, розташовану навколо отвору для проходження електронного пучка, і до цієї плити співвісно приє C2 2 93625 1 3 електродів, променевід з системами фокусування і відхилення променю при проходженні його в технологічну камеру. В цих гарматах в результаті бомбардування поверхні катода швидкими частками (позитивними іонами і швидкими атомами газу), що виникають при прискоренні і перезарядженні іонів в області катодного падіння потенціалу, утворюється потік електронів. Регенерація І прискорення електронів відбувається в межах розряду за рахунок високої напруги, що підводиться між анодом і катодом. Пучок електронів, що утворюється, проходить у технологічну камеру до поверхні, яка обігрівається, через променевід з системами фокусування і відхилення пучка. Недоліками гармати є: - одержання електронного пучка обмеженої потужності і з великим кутом сходження, що ускладнює його транспортування на значну відстань; - залежність геометрії електронного пучка від регулювання потужності шляхом зміни тиску робочого газу. При розташуванні гармати на одній вертикальній осі з об'єктом, що обігрівається в технологічній камері, додатково появляються ще два недоліки: - попадання у катодний проміжок гармати під час плавки газів, пари металу і навіть бризок, що негативно впливає на працездатність гармати; - перегрів конструктивних елементів гармати, які знаходяться в зоні прямої видимості з поверхні, що обігрівається електронним променем в технологічній камері, внаслідок випромінювання з цієї поверхні. Відома також газорозрядна електронна гармата, що включає герметичний металевий корпус, в якому розміщені високовольтний ізолятор, холодний увігнутий катод з розвиненою емісійною поверхнею і співісний з ним порожнистий анод, донна частина якого виконана у вигляді плити, яка розташована в середині анода і має канали для проходження охолоджуючої води І отвір для проходження електронного пучка, а також приєднаний співвісний аноду променевід з розміщеними на ньому фокусуючими і відхиляючими котушками. Канали для проходження охолоджуючої води виконані у вигляді кільцевих зовнішніх проточок і розташовані по периметру плити. Між анодом і фокусуючою лінзою розташований магнітний екран з отвором у центрі, діаметр якого збігається з діаметром отвору в дні анода [3]. Завдяки вдало підібраній геометрії і розмірам конструктивних елементів гармати вона може формувати електронний пучок великої потужності (до 500 кВт і більше) з стабільними геометричними і енергетичними параметрами. Недоліком гармати при її розміщенні на одній вертикальній осі з об'єктом, що обігрівається електронним променем в технологічній камері, залишаються, як і у попередньому випадку, попадання у катодний проміжок гармати під час плавки газів, пари металу 1 бризок, а також перегрів конструктивних елементів гармати, які знаходяться в зоні прямої видимості з поверхні, яка обігрівається електронним променем в технологічній камері. Перегрів має місце, незва 93625 4 жаючи на наявність плити з каналами для проходження охолоджуючої води. Найбільш близьким за технічною суттю і результатом, що досягається, до рішення, що заявляється, є газорозрядна електронна гармата, яка складається з герметичного металевого корпусу, в якому розміщені високовольтний ізолятор, холодний увігнутий катод з розвиненою емісійною поверхнею і співвісний з ним порожнистий анод, донна частина якого виконана у вигляді плити з каналами для охолоджуючої води і отвором для проходження електронного пучка, а також приєднаний співісно аноду променевід з розміщеними на ньому фокусуючими і відхиляючими котушками. Канали для охолоджуючої води виконані всередині тіла плити і зв'язані між собою в єдину систему, розташовану навколо отвору для проходження електронного пучка. Охолоджуюча система виконана з чотирьох каналів, з'єднаних між собою у вигляді квадрата або прямокутника, кожний канал виконаний з можливістю виходу з герметичного металевого корпусу і оснащений знімною герметичною пробкою [4]. Недоліками прототипу є перегрівання елементів гармати, які знаходяться у зоні прямої видимості з поверхні, яка обігрівається в технологічній камері електронним променем, і попадання у катодний проміжок гармати під час плавки газів, пари металу і бризок, тобто ті ж, що і у розглянутому вище прикладі. Перегрівання плити має місце, незважаючи на наявність більш ефективної ніж у попередньому випадку системи охолодження, оскільки при використанні газорозрядних гармат відстань між катодом і поверхнею, яка обігрівається променем у технологічній камері, менша, ніж у гармат з термокатодом. Вказані недоліки можна усунути, якщо розмістити гармату таким чином, щоб виключити пряму видимість її конструктивних елементів з поверхні, яка обігрівається електронним променем в технологічній камері. Однак, як вже вказувалось вище, у цьому випадку зникає можливість використання електромагнітного перемішування розплаву під час плавки. В основу винаходу покладено прагнення забезпечити в гарматі поворот променя на кут, при якому вказана пряма видимість буде відсутня. Для цього запропонована газорозрядна електронна гармата, яка складається з герметичного металевого корпусу, в якому розміщено високовольтний ізолятор, холодний увігнутий катод з розвиненою емісійною поверхнею і співвісний з ним порожнистий анод, донна частина якого виконана у вигляді плити з каналами для охолоджуючої води, які виконані всередині тіла плити і зв'язані між собою в єдину систему, розташовану навколо отвору для проходження електронного пучка, і до якого співвісне приєднаний магнітний екран, мінімальний діаметр отвору в якому співпадає з діаметром отвору в аноді, а також герметично приєднаний до корпусу променевід з розміщеними на ньому фокусуючими і відхиляючими котушками, у якій, згідно з винаходом, променевід виконано у вигляді коліна, кут якого вибрано таким, щоб виключити пряму видимість отвору для проходження електронного 5 променя з поверхні, що обігрівається електронним променем в технологічній камері, і оснащено котушками повороту променю на цій кут, і частину променевіда, що стикується з технологічною камерою, змонтовано на одній вертикальній вісі з кристалізатором або тиглем в цій камері, причому фокусуючі котушки розташовано на частині променевіда, що стикується з герметичним корпусом гармати, а котушки повороту променю на кут коліна і котушки відхилення променю розташовано на частині променевіда, що стикується з технологічною камерою, на цій же частині променевіда поблизу коліна встановлено стрижні з тугоплавкого металу, які електричне ізольовані від променевіда і з зовнішнього боку з'єднані між собою гнучким зв'язком з струмознімачем. Частину променевіда, яка знаходиться у зоні прямої видимості з поверхні, що обігрівається електронним променем в технологічній камері, футерована тугоплавким матеріалом. Суть винаходу пояснюється кресленням, на якому наведений схематичний розріз газорозрядної електронної гармати. Газорозрядна гармата містить в герметичному металевому корпусі ізолятор 1, на якому закріплений катод 2 з розвиненою сферичною емісійною поверхнею. Катод 2 встановлено співвісне з порожнистим анодом 3, донна частина якого виконана у вигляді плити 4 з каналами для охолоджуючої води. Канали зроблені всередині тіла плити і зв'язані між собою в єдину систему, розташовану навколо отвору 5 для проходження електронного пучка. До плити 4 приєднано магнітний екран 6 з феромагнітної сталі, мінімальний діаметр отвору в якому співпадає з діаметром отвору 5 в аноді і який зменшує поперечний розмір пучка в зоні його транспортування, що дозволяє зменшити діаметр каналу, через який пучок транспортується. До корпусу гармати герметично приєднано променевід, який виконано у вигляді коліна, що складається з двох частин, одна з яких 7 з'єднується з корпусом гармати, а друга 8-з технологічною камерою (не показано) таким чином, що поверхня об'єкта 9, яка обігрівається електронним променем в технологічній камері, розташована на одній вертикальній осі з частиною 8 променевіда. Кут коліна  між частинами 7 і 8 променевіда вибирають таким, щоб виключити пряму видимість отвору 5 з поверхні 9, яка обігрівається електронним променем в технологічній камері. Поблизу коліна розміщують котушки 10 повороту променя на кут . Для фіксації положення променю при повороті на кут  в частині променевіда 8, що стикується з технологічною камерою, поблизу коліна встановлено стрижні 11 з тугоплавкого металу. Кількість і розміщення стрижнів вибирають з умови забезпечення проходжен 93625 6 ня променю без торкання стінок променевіда. Стрижні 11 електричне ізольовані від променевіда і з зовнішнього боку з'єднані між собою гнучким зв'язком з струмознімачем. Фокусуючі котушки 12 встановлено на частині 7 променовіда, що стикується з корпусом гармати, а котушки 13 відхилення променю - на частині 8 променевіда, що стикується з технологічною камерою. Для попередження перегріву частини променевіда, поверхня якого знаходиться у зоні прямої видимості з поверхні об'єкта 9, що обігрівається променем у технологічній камері, ця поверхня променевіда футерована тугоплавким матеріалом 14. Запропонована газорозрядна електронна гармата працює таким чином. Після створення у технологічній камері потрібного вакууму в катодноанодну порожнину гармати подають робочий газ, а на катод 2 - прискорюючу постійну напругу у 20-30 кВ. При тиску у діапазоні 10-2-1 Па виникає тліючий розряд, сила струму якого регулюється шляхом регулювання тиску робочого газу і який приводить до створення електронного пучка. Цей пучок за допомогою фокусуючих котушок 12 поступає у частину променевіда 7, що стикується з камерою гармати, а за допомогою котушок повороту променю 10-у частину променевіда 8, що стикується з технологічною камерою. Положення променю регулюють за допомогою сигналів, які отримують з стрижнів 11.3 частини 8 променевіда пучок виводиться у технологічну камеру і фокусується на поверхні об'єкта 9, що нагрівається. Процесом нагрівання поверхні об'єкту 9 можна управляти за допомогою котушок 13, які дозволяють створювати різні конфігурації нагріву. Перевагою запропонованої гармати перед тими, що використовуються в промисловості в даний час, є більша стабільність в роботі при плавці відходів виробництва, губчастих матеріалів, порошків, тобто матеріалів, які мають високу газонасиченість. Крім того, гармата достатньо проста з точки зору конструктивного виконання, що дає змогу її виготовлення в умовах більшості підприємств без залучення спеціального обладання. Література 1. Электронно-лучевая плавка в литейном производстве / С.В. Ладохин, Н.И. Левицкий, В.Б. Чернявский и др. - К.; Изд-во «Сталь», 2007. - С. 102-107. 2. Плазменные процессы в технологических электронных пушках / М.А.Завьялов, Ю.Э. Крейндель, А.А. Новиков, Л.П. Шантурин. М.:Энергоатомиздат, 1989. - С. 97-145. 3. Патент України № 38451, МПК 7 H01J 37/06, Бюл. № 1,2004 р. 4. Патент України № 83514, МПК 8 H01J 37/06, Бюл. № 14, 2008 р. 7 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 93625 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601