SU619985A1 - Method of determining electron energy reflection coefficient - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ ПО ЭНЕРГИИ(54) METHOD FOR DETERMINING ELECTRON REFLECTION COEFFICIENT FOR ENERGY

Изобретение относитс  к области экспериментальной физики, изучающей взаимодействие электрониого иучка с веществом и может быть использовано при рассмотрении поведени  потока электронов в электронно-лучевых плавильных и сварочных устройствах.The invention relates to the field of experimental physics studying the interaction of an electron source with a substance and can be used in considering the behavior of the flow of electrons in electron beam melting and welding devices.

Известны способы определени  коэффициента отражени  электронов 1, 2, основанные на облучении мишени потоком электронов , намерении первичного н вторичного токов, тока мишени, по которым и определ етс  .коэффициент отраже и  электронов по энергии.Methods are known for determining the reflection coefficient of electrons 1, 2, based on irradiating a target with a stream of electrons, the intention of the primary and secondary currents, the target current, by which the reflection coefficient and energy of electrons are determined.

Известен способ определени  коэффициента отражени  электронов по энергии, основанный на облучении мишени в твердом состо нии потоком электронов, ускоренных анодным напр жением ip пор дк-а тыс ч вольт и измерении первичных и вторичных токов 3.A known method for determining the electron reflection coefficient by energy is based on irradiating a target in a solid state with a stream of electrons accelerated by the anodic voltage ip of a thousandth volts and measuring the primary and secondary currents 3.

Существенным недостатком прототипа  вл етс  то, что определение энергии отраженных электронов производитс  непосредственно по токам, величина которых очень мала (пор дка .микроампер) и дл  их точного измерени  требуетс  дорогосто ща  аппаратура. К то.му же незначительные погреишости при их измерении оказывали больщое вли ние на конечный результат, поэтому точность определени  коэффициента отражени  электронов по энергии составл ет ±5%.A significant disadvantage of the prototype is that the determination of the energy of the reflected electrons is carried out directly on currents whose magnitude is very small (on the order of a microamper) and requires expensive equipment to accurately measure them. By the same, insignificant errors in their measurement had a great influence on the final result, therefore the accuracy of determining the reflection coefficient of electrons by energy is ± 5%.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений.The aim of the invention is to improve the measurement accuracy.

Цель достигаетс  тем, что в способе, основанном на облучении мишени потоком электронов , ускоренных анодным напр жением,The goal is achieved by the fact that in the method based on irradiating a target with a stream of electrons accelerated by an anode voltage,

одновременно с облучением мищени потоко .м электронов на нее подают дополнительное напр жение в интервале от 20 В до анодного и измер ют температуру нагрева мишени, потом облучение мишени прекра ,5 щают, осуществл ют косвенный подогрев мишени до той же температуры и определ ют энергию, переданную при этом мишени, затем косвенный подогрев мишени прекращают и вновь облучают ее потоком электронов , ускоренных напр жением, равным simultaneously with the irradiation of the target to the flow of electrons, an additional voltage in the range from 20 V to anode is applied to it and the temperature of the target is measured, then the target is irradiated, 5 is stopped, the target is indirectly heated to the same temperature and the energy is determined the target transmitted at the same time, then indirect heating of the target is stopped and re-irradiated with a stream of electrons accelerated by a voltage equal to

20 сумме начального анодного и дополнительного напр жений и измер ют полученное значение температуры нагрева мишени, потом вторично облучение мишени прекращают , осуществл ют косвенный подогрев20 the sum of the initial anode and additional voltages and measure the resulting value of the target heating temperature, then the target is irradiated a second time, indirect heating is performed

ее ло полученного значени  температуры и определ ют энергию, переда 1ную при этом мишени, а затем определ ют коэффициент отражени  электронов гю энергии как разность между единицей и отношением энергий , переданных мишени при втором и первом косвенных подогревах.determine its temperature and determine the energy transferred to the target, and then determine the electron reflection coefficient of energy as the difference between the unit and the ratio of the energies transferred to the target during the second and first indirect heating.

На чертеже представлен один из возможных вариантов устройства, реализующего предложенный способ.The drawing shows one of the possible variants of the device that implements the proposed method.

Устройство содержит вакуумную камеру, внутри которой установлена электронна  пушка типа Пирса, содержаща  катод I, фокусирующий электрод 2, анод 3.и мишень 4 с термопарой -5 и нагревателем 6. Кроме того, предусмотрены источник 7 напр жени  Л«р и источник 8 анодного напр жени  (.The device contains a vacuum chamber, inside which a Pierce-type electron gun is installed, containing cathode I, focusing electrode 2, anode 3. and target 4 with thermocouple -5 and heater 6. In addition, a source 7 of voltage L "p and a source 8 of anode is provided tensions (.

Предлагаемый способ реализуетс  следующим образом.The proposed method is implemented as follows.

Мишень 4, облучают потоком электронов , ускоренных анодным напр жением величиной (ра. от источника 8. Дл  возвращени  на мишень отраженных электронов на нее подают от источника 7 напр жение Л (р величина которого 20-HpJ,B. Измен   пос ледовательно напр жение от 20В до ш В, возвращают на мишень отраженные электроны , имеющие энергии доф эВ,тем самым исследу  весь энергетический спектр электронов . Под воздействием первичных электронов и тех отраженных, которые возвращены напр жением мишень 4 нагреваетс  до температуры Ti, измер емой термопарой 5.Target 4 is irradiated with a stream of electrons accelerated by an anode voltage of magnitude (pa. From source 8. To return reflected electrons to the target, a voltage L is supplied to it from source 7 (p value of 20-HpJ, B. 20B to bW, the reflected electrons with dof eV energies are returned to the target, thereby exploring the entire energy spectrum of the electrons. five.

Затем отключают анодное напр жение ifi, и напр жение Atp . С помощью нагревател  6 мишень 4 нагревают до температуры Т|, определ   при этом энергию Е переданную мишени нагревателем.Then disconnect the anodic voltage ifi, and the voltage Atp. Using the heater 6, the target 4 is heated to a temperature T |, while determining the energy E transferred to the target by the heater.

Так как мишень 4 в обоих случа х была нагрета до одной температуры, значит, сообщаемые ей энергии равныSince target 4 was heated to one temperature in both cases, it means that the energies given to it are

lp(vpl -fAy)E, (1),lp (vpl -fAy) E, (1),

где IP первичный ток.where is IP primary current.

На третьем этапе, отключив нагреватель 6, облучают мишень 4 потоком электронов , ускоренных напр жением ip , равным сумме начального анодного напр жени  pt и напр жени  А(р , ранее подаваемого на мишень 4;In the third stage, turning off the heater 6, the target 4 is irradiated with a stream of electrons accelerated by a voltage ip equal to the sum of the initial anode voltage pt and voltage A (p, previously fed to target 4;

(2)(2)

fJu+Af fJu + Af

Падающие на мишень 4 электроны имеют ту же энергию, что и на первом этане, но отраженные электроны не возвращаютс  на мишень 4, так как потенциал мишени равен нулю, поэтому она нагреваетс  до ме нее высокой температуры Та, которую измер ют термопарой 5.The electrons falling on target 4 have the same energy as on the first ethane, but the reflected electrons do not return to target 4, since the potential of the target is zero, so it is heated to a lower temperature Ta, which is measured by thermocouple 5.

После облучопио миничш 4 прекращают и внонь нагревают ее с помощью нагревател  6 до температуры Tz. определ   при этом передаваемую энергию На. Так как энергии падающих электронов на первом и третьем этапах равны, тоAfter irradiation, the minimization 4 is stopped and it is heated externally using heater 6 to a temperature Tz. determines the transmitted energy on. Since the energies of the incident electrons are equal in the first and third stages,

Ip(,pi ))ЕIp (, pi)) E

На основании равенств (1) и (2) можно написатьOn the basis of equalities (1) and (2) you can write

Е|-КЕ, Ег,Е | -КЕ, Ег,

откудаfrom where

Е. К,E. K,

К. 1В качестве конкретного примера рассмотрим определение энергии, уносимой электронами при отражении от поверхности мишени , изготовленной из никел .K. 1 As a concrete example, consider the definition of the energy carried away by electrons upon reflection from the surface of a target made of nickel.

Мишень, помещенную в описанную установку, облучают потоком электронов, ускоренных анодным напр жением tp 1946, Ов На мишень от дополнительного источника подано напр жение , Ов.A target placed in the installation described is irradiated with a stream of electrons accelerated by an anode voltage tp 1946, Ov. A voltage was applied to the target from an additional source, Ov.

Таким образом, отраженные электроны, имеющие энергию менее 206 эВ, будут возврашены на мишень, котора  нагреваетс  при этом до температуры ,6°K. Затем отключают анодное напр жение и напр жение , подаваемое на мишень, и вклю0 чают нагреватель. Энергию, передаваемую нагревателем мишени, определ ют как произведение силы тока IH , протекающего через нагреватель, и величины падени  напр жени  ipl на нагревателе. При нагревании - до температуры Ti эти величины имели сле5 дующие значени  11, 0,13055А, ( -.18625В.Thus, the reflected electrons having an energy of less than 206 eV will be returned to the target, which is then heated to a temperature of 6 ° K. Then, the anode voltage and the voltage applied to the target are turned off, and the heater is turned on. The energy transmitted by the target heater is defined as the product of the current strength IH flowing through the heater and the magnitude of the voltage drop ipl at the heater. When heated to the temperature Ti, these values had the following 11 values, 0.13055A, (-18625B).

После этого на анод подают напр жение vpl, 2152,0 В, потенциал мишени равен нулю. Под воздействием электронов мишень нагрелась до температуры Tj. 293,8°K. При косвенном нагреве до этой же температуры ток нападение напр жени  составили Ц, 0,08490 А, IV 0,12045 В. Расчет , произведенный по формулеThereafter, a voltage vpl of 2152.0 V is applied to the anode, the potential of the target is zero. Under the influence of electrons, the target is heated to a temperature Tj. 293.8 ° K. When indirectly heated to the same temperature, the voltage attack current was C, 0.08490 A, IV 0.12045 V. The calculation was made according to the formula

i:i:

К. TO.

дал следующий результат К 0,579.gave the following result: K 0.579.

Таким образом, предложенный способ позвол ет определ ть уносимую ограженными электронами энергию в устройствах, предназначенных дл  электронно-лучевой обработки объектов. Так. как расчет производитс  не по первичному и вторичному токам, а по энерги м, передаваемым нагревателем мишени, величины которых на несколько 5 пор дков больше и их точное измерение не представл етс  затруднительным, точность определени  повысилась и составл ет 0,40/в.Thus, the proposed method makes it possible to determine the energy carried away by enclosed electrons in devices designed for electron-beam processing of objects. So. how the calculation is made not by the primary and secondary currents, but by the energies transmitted by the target heater, the magnitudes of which are several 5 orders of magnitude larger and their accurate measurement is not difficult, the accuracy of determination has increased and is 0.40 / V.

Ф(f)tyлa и:юбретени F (f) tyla and: jubilee

Способ определени  коэффициента отражени  электронов по энергии, основанный на облучении мишени потоком электронов, ускоренных анодным напр жением, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, одновременно с облучением мишени указанным потокам электронов на нее подают дополнительное напр жение в интервале от 20 В до анодного и измер ют температуру нагрева мишени, потом облучение мишени потоком электронов прекращают , осуществл ют косвенный подогрев мишени до той же температуры и определ ют энергию, переданную при этом мишени, затем косвенный подогрев мишени прекращают и вновь облучают ее потоком электронов , ускоренных напр жением, равным сумме начального анодного и дополнительного напр жений и измер ют полученноеThe method of determining the electron reflection coefficient by energy, based on irradiating a target with a stream of electrons accelerated by an anode voltage, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, simultaneously with the target irradiation of said electron fluxes, an additional voltage is applied to it from 20 V to anode temperature and the temperature of the target is measured, then the target is irradiated with a stream of electrons, the target is indirectly heated to the same temperature, and the energy transferred m of the target, then indirect heating of the target is stopped and re-irradiated with a stream of electrons accelerated by a voltage equal to the sum of the initial anodic and additional voltages and the resulting

значение температуры нагрева миигени, потом вторично облучение мншени мрекраиичют , осуществл ют косвенный подогрен ее до полученного значени  температуры и определ ют энергию, переданную при этом мишени , а затем определ ют коэффициент строени  электронов по энергии как разность между единицей и отношением энергий, переданных мишени при втором и первом косвенных подогревах.the value of the heating temperature of the miigeni, then the secondary irradiation of the pollen, makes it indirectly heated to the obtained temperature and determines the energy transferred by the target, and then the coefficient of the structure of electrons in energy is determined as the difference between the second and first indirect preheatings.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе:Sources of information taken into account in the examination:

1.Патент США № 3775610, кл. Н 01 j 37/26, 1973.1. US patent number 3775610, class. H 01 j 37/26, 1973.

2.Добрецов Л. Н., Гомоюнова М. В. Эмиссионна  электроника; М., Наука, 1966, с. 317-358.2. Dobretsov L.N., Gomoyunova M.V. Emission electronics; M., Science, 1966, p. 317-358.

3.Бронштейн И. М., Фрайман Б. С. Вторична  электронна  эмисси . М., «H;iука , 1969, с. 16-19.3. Bronstein IM, Fraiman B. S. Secondary electron emission. M., “H; Iuka, 1969, p. 16-19.

ОткачкаPumping out

33

но бакуумbut bakum