WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

В четвертой главе описывается техника эксперимента, включающая в себя рабочую камеру 100-см рентгеноэлектронного магнитного спектрометра, импульсную рентгеновскую трубку и источники электропитания.

Рабочая камера спектрометра имеет цилиндрическую форму с патрубком для установки рентгеновской трубки. Габаритные размеры камеры 460036003000 мм, диаметр вакуумного уплотнения соединительного фланца 142 мм.

Фотография импульсной рентгеновской трубки представлена на рис. 2. Ее особенность заключается в том, что анод 2 имеет боковой выступ на стороне, обращенной к выпускному отверстию 3 кожуха 1. На ребре бокового выступа производится фокусировка катодных электронов, и, поскольку, он имеет вид дуги окружности с центром в середине образца, то из каждой точки анодного фокуса кванты характеристического излучения преимущественно летят к центру образца (рис.1 и 3).

Для получения статических вольтамперных характеристик в качестве высоковольтного блока использовался модернизированный ВИП-12, питание сетки обеспечивалось блоком БНВ2-12, а нагрев катода производился источником Б5-70.

Импульсный блок питания рентгеновской трубки изготовлен в Институте электрофизики УрО РАН (г.Екатеринбург), согласно составленным автором техническим условиям.

Импульсы токов исследовались посредством осциллографа С1-65.

Рис.2. Фотография импульсной рентгеновской трубки.

Рис. 3. Эскиз импульсной рентгеновской трубки.

1 – кожух, 2 – анод, 3 – выходное окошко, 4 – сетка, 5 – трубка для подачи проточной воды, 6 – катод, 7 – экран, 8 – основной фланец, 9 – переходной фланец.

В пятой главе освещается практическая часть диссертационной работы.

Первый параграф посвящен статическим вольтамперным характеристикам.

На рис.3 приводятся эмиссионные характеристики катода, полученные при сеточном напряжении, равном «нормальному», то есть 600 В, благодаря чему трубка работала в режиме вакуумного диода. Из данных характеристик следует, что в первеанс ИРТ приблизительно равен 0,6·10-6 А/В3/2. Следовательно, в случае равенства анодного тока 1 А режим насыщения наступит при анодном напряжении 12 кВ.

Рис.3. Эмиссионные статичес- кие характеристики ка- тода импульсной рент- геновской трубки.

По анодным характеристикам, приведенные на рис.4, определяются основные параметры импульсной рентгеновской трубки. Для чего реальные характеристики заменяются ломаными линиями (на рис.4 показано пунктиром). При этом следует учитывать, что в недонапряженной области (Ua >> Uc > 0) упрощенные характеристики должны представлять собой параллельные линии, идущие на равных расстояниях при равных разностях напряжений на сетке, а в перенапряженной области (Ua Uc > 0) все характеристики сливаются в одну прямую – линию критического режима.

Рис.4. Анодные статические характеристики импульсной рентгеновской трубки.

Пользуясь идеализированными характеристиками в недонапряженной области, можно определить внутреннее сопротивление триода:

U a = R вн 210 кОм.

I a U c=const В свою очередь, крутизна статических характеристик находится как I a 0,13 мA/В.

= S U c U a=const По характеристикам в перенапряженной области находим крутизну линии критического режима I a кр = 0,015 мА/В.

S кр Uа Проницаемость импульсной рентгеновской трубки определяется по формуле 0,036.

D = SRвн Ей соответствует запирающее напряжение сетки Uзап - 0,03615кВ = - 540 В. Далее определяем коэффициент напряженности режима работы ИРТ:

S кр = - D µ 0,079.

c S Напряжение сетки, при котором трубка работает в критическом режиме равно Uкрит = µсUa 0,07915 кВ 1,19 кВ.

При изменении напряжения сетки в диапазоне от нормального до критического анодный ток будет оставаться практически неизменным, поскольку трубка будет работать в режиме насыщения, а сеточный ток в недонапряженной области мало зависит от Uc. На этом основана методика получения прямоугольных импульсов, проиллюстрированная на рис.5.

Рис.5. Методика обеспечения прямоугольности импульсов анодного тока ИРТ.

Далее были получены входные статические характеристики (рис.6), позволяющие определить степень соглассованности модулятора с входным сопротивлением трубки.

В случае их неcсогласованности будут, наблюдаются колебательные процессы, искажающие форму управляющего импульса. Определим входное сопротивление на прямолинейном участке характеристики, соответствующей анодному напряжению кВ:

U с = 200 кОм.

R вх I с U а=const Рис.6. Входные статические характеристики Импульсной рентгеновской трубки.

Согласно анодной и входной характеристикам, коэффициент токораспределения составляет = 21 мА / 1,7 мА 12,4. Распределение токов в режиме перехвата при импульсном нагружении трубки мало отличается от того, что мы имеем в статическом режиме. Следовательно, при токе эмиссии в 1 А сеткой будет отводится ток, равный Iс = Ia( + 1) 75 мА.

В свою очередь, входное сопротивление также уменьшится в ( + 1) раз и составит Rвх 15 кОм. Блок питания сконструирован таким образом, что прямоугольность импульсов напряжения на сетке сохраняется при отклонении входного сопротивления от значения 1,5 кОм на 50 %. Исходя из полученных результатов, применялось промежутка катод-сетка резистором с сопротивлением 1,5 кОм.

Следует заметить, что значение параметров ИРТ, полученное теоретически расходится с полученными по экспериментальным данным не более, чем на 20%.

В следующем параграфе раскрывается сущность методики испытания импульсной рентгеновской трубки. Она включает в себя следующие положения:

- испытания трубки следует проводить в отдельной камере с целью предотвращения выхода из строя спектрометра вследствие аварийного напуска воды в вакуумный объем.

- форма рентгеновских импульсов определяется косвенно по импульсам анодного тока и фокусировке катодных электронов.

Данное положение методики основывается на том, что при неизменной геометрии относительного расположения анодного фокуса, образца и входной щели энергоанализатора интенсивность спектральных линий пропорциональна анодному току трубки.

В настоящей работе трубка испытывалась в рабочей камере спектрометра, оснащенной датчиками вакуума и системой шлюзования.

Импульсы анодного тока исследовалась по сеточному и катодному токам. С этой целью питание на катод и сетку подавалось через контрольные резисторы R1 и R2 (см.

рис.7) сопротивлением 10 Ом и 1 Ом соответственно. Тип резисторов – МЛТ-2. Нагрев катода производился в режиме стабилизации по току. Величина сопротивлений R1 и Rвыбирались из такого расчета, чтобы на резисторах импульсное падение напряжения составило несколько десятков милливольт.

Рис. 7. Схема исследо- вания формы импульсов тока сетки и катода по осциллограммам напряжения на контрольных резисторах.

Поскольку анодный ток практически равен разности между катодным и сеточным токами, то мы получали возможность исследовать форму импульсов анодного тока.

Результаты испытания ИРТ приведены на рис. 8-10.

Рис.8. Осциллограмма импульса катодного тока (амплитуда 1,1 А, длительность 200 мкс, частота следования 10 Гц).

Рис.9. Осциллограмма импульса сеточного тока (амплитуда 80 мА, длительность 200 мкс, частота следования 10 Гц).

Рис. 10. Анод импульсной рентгеновской трубки.

Из осциллограмм видно, что форма импульсов токов имеет несущественное отклонение от прямоугольной. Оно вызвано емкостным сопротивлением трубки, а также особенностью работы блока питания, для которого длительность импульса в 200 мкс является критической.

На гранях анода наблюдается область загрязнения продуктами испарения с катода. В то же время, ребро очищено сфокусированными катодными электронами.

Таким образом, разработанная автором импульсная рентгеновская трубка позволяет реализовать импульсный режим регистрации рентгеноэлектронных спектров.

Основные результаты.

• теоретически установлена возможность нарушения фокусировки спектрометра при анодном токе ИРТ, превышающем 100 мА;

• предложена методика уменьшения влияния магнитного поля, создаваемого рентгеновской трубкой, на работу энергоанализатора путем ориентации проводника с обратным анодному током таким образом, чтобы оси проводника и анода лежали в плоскости, перпендикулярной центральной орбите фотоэлектронов;

• предложена новая форма анода с боковым выступом, ребро которого выполнено в виде дуги с центром в середине образца, что позволяет увеличить эффективную площадь фокуса и уменьшить удельную тепловую нагрузку анода (на изобретение получен патент РФ N 2158042, 2000 г.);

• импульсная рентгеновская трубка обеспечивает практически прямоугольные импульсы анодного тока амплитудой до 1 А и продолжительностью до 200 мкс.

Литература.

1. Siegbahn K., Nordlihg C., Fahlman A. et al. ESCA - atomic, molecular and solid state structure studied by means of electron spectroscopy. Nova Acta Regial Societatis Scintiarum Upsaliensis. Ser. IV, Vol. 20, 1967. - 282 p. (В русском переводе: Зигбан К., Нордлинг К., Фальман А., Нордберг Р., Хамрин К., Хедман Я., Йохансон Г., Бергмарк Т., Карлссон С., Линдгрен И., Линдберг Б / Под ред.

д-ра физ.-мат. наук проф. И.Б. Боровского. Электронная спектроскопия. М: Мир, 1971. - 493 с.).

2. Повышение прочности тонких поверхностных слоев твердых тел за счет кратковременного увеличения межатомных сил связи./ Трапезников В.А. // Поверхность: Физика, химия, механика. 1994. N.8-9. С.136-142.

3. Пономарев А.Г. Применение метода рентгеноэлектронной спектроскопии для температурных и временных исследований расплавов на основе никеля: Автореферат дисс.... к-та физ. - мат. наук. Ижевск, Удмуртский университет, 2000. - 23 с.

4. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. М.: Наука, 2000. – 424 с.

Список публикаций.

1. Соснов В.А., Хазова Р.А., Широбоков С.В., Шабанова И.Н., Савинский С.С., Морозов Е.А., Трапезников В.А. Переносной технологический рентгеноэлектронный магнитный спектрометр.// Приборы и техника эксперимента, N3, 1997 - с.130-132.

2. Sosnov V.A., Hazova R.A., Shirobokov S.V., Shabanova I.N., Savinskii S.S., Morozov E.A., Trapeznikov V.A. Portable Technological X-Ray Photoelectron Spectrometer.// Instruments and Experimental Techniques, Vol.40, N 3, 1997, pp.412414.

3. Широбоков С.В., Ковнер Л.Г., Трапезников В.А. Импульсный рентгеновский источник для магнитного рентгеноэлектронного спектрометра.// Вестник удмуртского университета, 1997. № 4. - с.99 – 106.

4. Трапезников В.А., Широбоков С.В., Ковнер Л.Г. Импульсный рентгеновский источник для исследовагния расплавов методом рентгеноэлектронной спектроскопии.// Журнал структурной химии, 1998. Т.39, № 6. – с.1159 – 1162.

5. Flash x-ray tube for magnetic photoelectron spectromer./ Shyerobokov S.V., Kovner L.G., Trapeznikov V.A.// Proceedings of 7-th ECASIA. Chichester: J.Wiley and Sons Ltd., 1997. - pp. 499-501.

6. Трапезников В.А., Ковнер Л.Г., Широбоков С.В. Рентгеновская трубка.

Патент РФ №2158042, 2000.

7. Широбоков С.В. Импульсная рентгеновская трубка с фокусировкой характеристического излучения. // Химическая физика и мезоскопия, 2000. Т. 2, № 2. – с.49-52.

8. Широбоков С.В. Методика расчета рентгеновских источников малой мощности открытого типа.// Тезисы докладов 2-ой российской университетскоакадемической научно-практической конференции, Ч.3, Ижевск, 1995. - с.32.

9. Хазова Р.А., Широбоков С.В., Морозов Е.А., Шабанова И.Н. Система автокомпенсации для малогабаритного 12-см магнитного рентгеноэлектронного спектрометра.// Тезисы докладов 3-ей российской университетско-академической научно-практической конференции, Ч.6, Ижевск, 1997. - с.72.

10. Широбоков С.В. Способ компенсации магнитного поля анодного тока импульсной рентгеновской трубки.// Тезисы докладов 4-ой российской университетско-академической научно-практической конференции. Ижевск, 1999.- Ч.7.- с.114-115.

Соискатель:

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»