Введение к работе
Актуальность темы, иоздание новых и развитие существующих ва-уушшх электронных приборов (ВЭП) предъявляют все более жесткие ребования к электронно-оптическим системам (ЭОС) этих приборов, '.к. они (ЭОС) в значительной мере определяют параметры ВЭП. Нес-отря на широкое распространение и развитие методов и средств чис-енного моделирования работы ВЭП в целом и ЭОС в частности, при азработке приборов не удается исключить применение методов экспе-шентального исследования, совокупность которых в последнее время «делилась в самостоятельную отрасль экспериментальной электроники диагностику пучков заряженных частиц. Это связано, прежде всего, і тем, что в рамках одной модели затруднительно учесть все многообразие физических процессов, протекающих в ЭОС и влияющих на фор-[ирование електронних пучков. К таким процессам можно отнести нз-іенение геометрии электродов ЗОС под действием тепла, неравномер-юсть эмиссии катодов, линзовый и островковый эффекты в плоскости :еток, процессы яассопереноса и т.д. В ряде случаев бывает затруд-ительно реализовать расчетную геометрию электродов из-за малости їх размеров; иногда ограниченные возможности современных средств ІТ ке позволяют добиться требуемой точности как, например, в пуш-гах с автозмиесионнымя катодами из углеродного волокна, .де структуры формируешх пучков определяются конкретным микрорельефом по-іерхности.
В то же время не существует универсальных методов и средств деагноетикн ЭОС, которіе позволили бы получать всю интересующую [«формацию, что усложняет и удорожает процесс исследования. Совре-іенвде измерительные устройства позволяют контролировать один, ма-геимум - два параметра ЭОС, в то время, как для объективного пред-:тавления о работе ЭОС и выявления причин отклонения от нормальной заботы часто требуется отслеживать значительно большее количество іараметров.
Кроме того, с развитием ВЭП, появляется необходимость форми-ювания пучков большого диаметра со сложной структурой или пучков : повышенными требованиями к однородности, многолучевых пучков. \пп исследования таких пучков с хорошей точностью в приемлемых вре-сенных рамках используются различные автоматизированные системы,
обеспечивающие как управление экспериментом, так и обработку результатов. Однако, как и большинство измерительных устройств, эт системы предназначены для регистрации одного параметра в процесс каждого конкретного эксперим.ента, что ухудшает сопоставимость ре зультатов измерения различных параметров.
В связи с вышеизложенным была сформулирована цель работы, t торая заключалась в разработке, исследовании.и использовании авт матизированной системы для многопараметрического многоканальногс анализа ЗОС. Для достижения поставленной цели необхопимо было рє шить следующие задачи:
-
Создание многофункционального измерительного устройства (датчика), позволяющего осуществлять регистрацию различных параметров ЭОС.
-
Разраоотка методики и устройств, ооеспечивающих одноврем шй многоканальный съем информации с датчика и ее преобразование для регистрации.
-
Разработка автоматизированной системы для управления изм рениямк.
. Использовались методы численного моделирования работы многс функционального измерительного устройства (датчика) с помощью пр граммы траєкторного анализа
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Показана принципиальная возможность применения одиночной электростатической линзы в составе измерительного зонда с полупр водниковой мишенью для измерения как продольных, так и радиальных (поперечных) составляющих скоростей электронов при сохранении из вестных достоинств такого зонда: высокая чувствительность и разр шающая способность.
-
На основании исследования влияния геометрии одиночной эл ктростатичєской линзы на ее характеристики в качестве анализатор скоростей электронов, оптимизированы ее размеры и получена граду ровочная характеристика, определена теоретическая погрешность из мерений.
-
Показана и экспериментально подтверждена возможность бес контактного определения степени соосности электронного пучка и а ного отверстия с помощью полупроводниковой мишзни измерительного зонда по оптическому излучению термокатода.
4- Предложен способ снижения тепловой нагрузки на измеритель-й зонд за счет более эффективного использования механизма ето-нной электронной эмиссии при рациональном выборе материала и нфигурации измерительного зонда. Проведена количественная оцен-снижения тепловой нагрузки.
5. Разработана и реализована на практике защищенная авторо
ві свидетельством конструкция многофункционального измерителыю-
зонда с оптически чувствительной полупроводниковой мишенью, зволяющая измерять плотность тока электронного пучка, интенсив-сть оптического излучения термокатода, поперечные и продольные рости электронов пучка.
-
Предложена методика и разработан комплект устройств, поз-дяющих осуществлять практически одновременный съем с измеритель-го зонда информации об измеряемых параметрах ЭОС, что повышает осотавимость результатов и облегчает анализ качества работы ис-эдуемой ЭОС.
-
Экспериментальна исследовано влияние конструкций и элект-ческих режимов работы управляющих сеток на макро- и микрострук-ру электронного пучка. Показано, что структура сетки определяет
только неравномерность плотности тока пучка, но и искажения рмы его поперечного сечения. При этом абсолютное значение нерав-лерности плотности тока с уменьшением потенциала сетки, несмотря общее уменьшение тока пучка,.может возрастать вследствие сов-:тного действия островкового и линзового эффектов в плоскости гки.
Практическая ценность работы.
I. Предложенный способ измерения поперечных скоростей элект--iOB' пучка позволяет расширить функциональные возможности измери-іьного зонда не ухудшая его основных характеристик - чувстви-іьности и разрешающей способности.
2.. Разработанное многофункциональное измерительное устройство )н.ц) позволяет производить одновременное измерение нескольких раметров ЭОС.
3. Разработанная автоматизированная система обеспечивает опе-гивную регистрацию различных параметров ЭОС, обеспечивая тем са-і сопоставимость результатов и значительно облегчая анализ рабо-ЭОС при значительном сокращении затрат времени на проведение іерений.
_ 4 -
Научные положения, выносимые на защиту.
-
Использование в измерительной головке коаксиального зонда с полупроводниковой мишенью одиночной электростатической линзы позволяет расширить функциональные возможности зонда при сохранении высокой чувствительности и разрешающей способности, обеспечивая измерение таких параметров, как плотность тока электронного пучка, продольные и поперечные скорости электронов и интенсивность оптического излучения тёрмокатодов для бес контактного определения положения электронного пучка в .выходно; отверстии ЗОС.
-
Предложенная схема автоматизированного многоканального съема информации с измерительного зонда позвпяет обеспечить практически одновременное измерение совокупности разнородных параметров ЭОС.
-
Предлохсенные методы и устройства тепловой защиты измерительного зонда с полупроводниковой мишенью более чем на 30% расширяют диапазон мощностей анализируемых электронных пучков.
Аппробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
- Всесоюзном научно-техническом семинаре "Физический эксперимент", Москва, НИИ "Титан" 1939 г.
- УІ Международной школе по вакуумным, электронным и ионным технологиям, Варна, Болгария, 1989
- Научно -технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛЗТИ им.В.И.Ульянова(Ленина), 1988-1992 гг.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе одни тезисы и восемь статей.
Реализация и внедрение результатов. Разработанные измерительное устройство и автоматизированная система использовались при исследовании приборов "Комета" и "Клапан" - ЛОЭЛ "Светлана Оптически чувствительные зонды переданы в НИИ "Титан".
Объем и структура работы, диссертация состоит из введения четырех разделов, заключения и списка .литературы, включаюшего 55 наименований. Основная часть работы изложена на 126 страницах машинописного текста. Работа содержит 60 рисунков и 2 таблицы.
