РАСЧЁТ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

6. РАСЧЁТ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Исходные данные

P = 60 ¸ 160 мТорр (давление газа вне пучка)

T₀ = 300 K (температура газа вне пучка)

I_b = 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 l_Г, 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 U_пр=f(n_b) воспользуемся экспериментальной кривой U_пр=f(P) для случая, когда электронного пучка нет. Тем самым мы учтём конструктивные особенности электродов.

Таблица 6.1. Экспериментальная зависимость U_пр=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 U_пр=f(P) для расчётных и экспериментальных данных.

Рисунок 6.1. График зависимости U_пр=f(P) при Ib = 0.5A

Рисунок 6.2. График зависимости U_пр=f(P) при Ib = 1A

Рисунок 6.3. График зависимости U_пр=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