Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...
История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...
Топ:
Процедура выполнения команд. Рабочий цикл процессора: Функционирование процессора в основном состоит из повторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует...
Комплексной системы оценки состояния охраны труда на производственном объекте (КСОТ-П): Цели и задачи Комплексной системы оценки состояния охраны труда и определению факторов рисков по охране труда...
Интересное:
Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов: Изучение оползневых явлений, оценка устойчивости склонов и проектирование противооползневых сооружений — актуальнейшие задачи, стоящие перед отечественными...
Искусственное повышение поверхности территории: Варианты искусственного повышения поверхности территории необходимо выбирать на основе анализа следующих характеристик защищаемой территории...
Лечение прогрессирующих форм рака: Одним из наиболее важных достижений экспериментальной химиотерапии опухолей, начатой в 60-х и реализованной в 70-х годах, является...
Дисциплины:
2022-12-30 | 25 |
5.00
из
|
Заказать работу |
Электрон как устойчивая материальная частица может быть сравнительно просто выделен различными физическими способами, что и обусловило его широкое использование в различных областях науки и техники.
Наиболее простой способ получения электронов - нагрев твердых тел (чаще всего металлов), которые при этом начинают испускать термоэлектроны. Для сообщения электронам необходимой энергии и формирования из них потока частиц, несущих определенную энергию, могут использоваться различные методы. Самый простой из них и наиболее распространенный - ускорение электронов с помощью электрического поля, создаваемого в электронной пушке между катодом и анодом, в котором на электрон действует сила
(3.1)
где е = 1,6 •10-19Кл - заряд электрона; Е - напряженность электрического поля, В/м.
При движении электрона в электрическом поле между точками с разностью потенциалов U он приобретает энергию
(3.2)
Это приращение энергии электрона происходит вследствие его ускорения полем - увеличения его кинетической энергии, т. е.
(3.3)
где m е - масса электрона, кг; v , v 0 - конечная и начальная скорости электрона, м/с. Принимая v 0 = 0, получим
(3.4)
т. е. энергия электрона зависит от его массы и скорости. В реальных условиях, когда масса электрона постоянна, единственный путь увеличения его энергии - повышение скорости его движения, что и реализуется в электронной пушке.
Из формулы (3.4) можно получить выражение для скорости движения электрона при прохождении между точками с разностью потенциалов U:
(3.5)
Подставляя в это выражение значения заряда и массы электрона, находим соотношение между ускоряющим напряжением и скоростью электрона:
(3.6)
Однако если по формуле (3.6) определить скорость электрона, ускоренного разностью потенциалов порядка 106 В, то получим значение, превышающее скорость света с = 3 • 108 м/с, что противоречит основному положению теории относительности. Поэтому для вычисления скоростей быстрых (релятивистких) электронов нужно использовать выражение
где m 0 - масса покоя электрона, равная 9,1 • 10-31кг. В реальных условиях ускоряющее напряжение U составляет 15...200 кВ, что позволяет разгонять электроны до значительных скоростей.
Выбор ускоряющего напряжения при электронно-лучевой обработке материала в существенной мере зависит от ее назначения. С одной стороны, чем выше это напряжение, тем большую энергию можно сообщить электронам и тем эффективнее будет воздействие электронного пучка на обрабатываемый материал. С другой стороны, увеличение напряжения приводит к резкому повышению уровня рентгеновского излучения, сопутствующего электронно-лучевой обработке, усложнению и удорожанию оборудования и необходимости выполнения специальных требований техники безопасности. В связи с этим в электронно-лучевой технологии в настоящее время применяется следующее разделение оборудования по значению ускоряющего напряжения.
1.Низковольтные системы с ускоряющим напряжением от
15 до 30 кВ и небольшой мощностью (до 15 кВт). Эти системы,
наиболее простые по конструкции и в эксплуатации, применяются
в основном для сварки различных материалов толщиной до 30 мм.
2.Высоковольтные системы с ускоряющим напряжением
120... 180 кВ и мощностью 1...120 кВт наиболее сложны в изго-
товлении и эксплуатации. Такие системы мощностью до 3 кВт
применяются для проведения прецизионной размерной обработки
и микросварки, а мощностью свыше 60 кВт - как правило, для
сварки крупногабаритных изделий.
3.Системы с промежуточными значениями ускоряющего напряжения (50...80 кВ) и мощности (15...60 кВт) применяются в тех случаях, когда необходимо увеличить глубину проплавления до 60 мм и более в зависимости от обрабатываемого материала.
Важная особенность использования электронного пучка - возможность управления им при помощи электростатических и магнитных полей. Наибольшее распространение на практике получили магнитные системы фокусировки и управления перемещением электронного пучка.
На движущийся в магнитном поле электрон действует сила Лоренца
(3.7)
где В - магнитная индукция; а - угол между направлением движения электрона и магнитной силовой линией поля. Сила Лоренца не изменяет составляющую скорости электрона вдоль направления поля (F = 0, если α= 0), но изменяет направление составляющей скорости электрона, перепендикулярной силовым линиям поля, заставляя электрон двигаться в магнитном поле по окружности, лежащей в плоскости, перпендикулярной силовым линиям поля. Суммарная траектория движения электрона при α ≠ 0 и α ≠ 90° представляет собой пространственную спираль - винтовую линию, ось которой параллельна В ¯, радиус зависит от скорости электрона и напряженности магнитного поля шаг равен
Создавая при помощи специальной магнитной системы (магнитной линзы) по оси электронного пучка магнитное поле с силовыми линиями определенной формы, можно обеспечить сходимость траекторий электронов в одной точке (фокусировку) и изменять ее в широких пределах. При этом изменяется концентрация энергии на обрабатываемом изделии, что представляет значительный интерес с технологической точки зрения.
Для перемещения электронного пучка по обрабатываемой поверхности обычно используют его взаимодействие со скрещенными поперечными магнитными полями, создаваемыми отклоняющей системой. Малая инерционность электронов позволяет обеспечить широкий диапазон скоростей перемещения электронного пучка по обрабатываемой поверхности при практически любой форме траектории.
Необходимое условие существования электронного пучка - создание вакуума на пути движения электронов, так как в противном случае в результате соударения с молекулами атмосферных газов электроны отдают им свою энергию и пучок рассеивается. Средняя длина свободного пробега электрона в газе определяется выражением
(3.8)
где п - концентрация газа на пути движения электронов; r - газокинетический радиус взаимодействия молекул газа.
Значения средней длины свободного пробега электрона в воздухе (при 300 К) для разных значений давления р приведены ниже:
р, Па........... 1,01 • 105 133 1,33 1,3 • 10 -2
Λ, мм 3,5• 10-4 2,6 • 10-1 26,6 2660
Таким образом, исходя из конструктивных особенностей установок, максимально допустимым давлением в камере для электронно-лучевых установок следует считать 5 • 10-2 Па. В реальных условиях давление стараются довести до 5 • 10-3 или 5 • 10-4 Па, так как при ухудшении вакуума в электронной пушке резко увеличивается число ионизированных электронами ионов остаточных газов и это может привести к пробою промежутка между анодом и катодом электронной пушки. При повышении давления в камере до 1... 10 Па рассеяние электронного пучка становится существенным в пространстве его дрейфа и это ограничивает возможную длину пучка.
Очевидно, что выводить электронный пучок из вакуума в область с более высоким давлением имеет смысл только в том случае, если длина свободного пробега электронов в этой области предельно мала. Такие электронные пушки с выводом электронного пучка в атмосферу иногда применяют для сварки. При этом электронная пушка перемещается непосредственно по свариваемому изделию, ход пучка в атмосфере составляет не более 10 мм. Применяемое ускоряющее напряжение составляет 150...200 кВ, а в зону между пушкой и свариваемой поверхностью подают защитный газ (гелий или аргон).
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!