3.4.4. Автоэмиссионные пушки.

Электронные слаботочные пушки с автоэмиссионным катодом (рис. 8.4) по яркости в 10³ раз превосходят яркость обычной трехэлектродной пушки стандартной конструкции, а эффективный диаметр источника электронов соответствует ≈3нм. Катод представляет собой острие из вольфрама диаметром 0,2 мкм. В пушке два анода с разными ускоряющими потенциалами: один управляет полем вблизи острия, другой ускоряет электроны. Фокус диаметром около 25 нм расположен за вторым анодом; линза уменьшает диаметр пучка до 1нм и менее.

Автоэмиссионная пушка для электронных микроскопов превосходит обычную пушку лишь в том случае, если диаметр электронного пучка менее 0,1 мкм. Наиболее важной областью применения автоэмиссионных пушек является просвечивающая электронная микроскопия и микрозондовый анализ. В этом случае применение пушек с высокой яркостью пучка наиболее эффективно.

Рис.8.4. Схема электронной пушки с автоэмиссионным катодом.

4.4.4. Электронный прожектор.

В триодных пушках изменение напряжения на электроде Венельта необходимо не только для фокусировки пучка, но и для контроля его тока одновременно. Поэтому трудно поддерживать постоянное положение и размеры кроссовера при изменении тока пучка. Эту трудность можно преодолеть, увеличив число электродов (рис.9.4).

Рис. 9.4. Схема расположения и питания электродов многоэлектронных пушек.

Отличительной чертой тетродных (четырехэлектродных) и пентодных (пяти электродных) пушек (рис.9.4) является независимость величин, характеризующих модуляции тока (изменение электронного тока по величине), от положения и размеров кроссовера. Такие пушки называют электронным прожектором.

Особенностью устройства для фокусировки и управлением интенсивностью электронного пучка, в электронном прожекторе является наличие главной проекционной линзы образованной двумя цилиндрическими электродами (рис. 9.4) анод 1 и анод 2. Данная линза прожектора по отношению к катоду настраивается таким образом, что на экране формируется не изображение катода электронной пушки, а изображения места пересечения лучей (рис.9.4) в пучке, т.е. места его максимального сжатия. Модуляция пучка по интенсивности меняется изменением напряжения на электроде Венельта. Если на электрод Венельта подано значительное отрицательное напряжение (в практике ≤ 40 В), относительно ка- тода, то электрическое поле вдоль всей поверхности катода является тормозящим (рис. 11.4,а), и ток в пучке равен нулю. По мере постепенного повышения потенциала «седловина» на потенциальном барьере (рис. 11.4, б) приближается

Рис. 10.4. Схема устройства и формирования электронного пучка в электронном прожекторе.

к катоду и при некотором значении Uв эквипотенциальная поверхность коснется катода. В этом случае на поверхности катода возникает небольшая область с ускоряющим полем перед ней и, в этот момент, появляется ток пучка (рис 10.4,б). При дальнейшем возрастании потенциала все больший участок катода начинает принимать участие в эмиссии электронов, все больших значений

Рис. 11.4. Модуляция электронного пучка по интенсивности изменением потенциала на электроде Венельта.

достигает ускоряющее поле у поверхности катода, и ток электронного пучка возрастает (рис.11.4,в). Таким образом, вариация напряжением смещения позволяет осуществлять модуляцию электронного пучка в широких пределах.

Изучение конструкций сильноточных электронных пушек и схем формирования и управления электронным лучом выходит за рамки программы настоящего пособия. Однако целесообразно отметить следующее. Из многообразия технологических высокоточных пушек электронных пушек с различными сочетаниями параметров можно выделить следующие большие группы:

1. Электронные пушки большой мощности (10⁵ - 10⁶ Вт) с уровнем ускоряющего напряжения до 50 кВ и плотностью мощности до 10 Вт/см², применяемые в основном для плавки, литья и испарения материалов в непрерывном режиме.

2. Электронные пушки средней и малой мощности (10³ - 10⁵ Вт) с уровнем ускоряющего напряжения до 60 кВ и плотностью мощности пучка 10³ - 10⁷ Вт/см², применяемые в основном для электронно-лучевой сварки, а также наплавки и термообработки.

3. Импульсные электронные пушки нано - и микросекундного диапазона, применяемые для термо- и других видов обработки.