Электроннолучевой нагрев

В последние годы резко возросла потребность в металлах и сплавах, ранее почти не применявшихся или применявшихся в незначительных количествах. К таким металлам относятся уран, цирконий, ниобий, тантал, вольфрам и др., которые используются в условиях исключительно высоких статических и динамических нагрузок при очень высоких температурах. В свою очередь свойства указанных металлов находятся в прямой зависимости от содержания в них примесей, особенно кислорода, водорода и азота. Обеспечить получение ультрачистых металлов можно, лишь производя операции выплавки и горячей деформации в условиях глубокого вакуума. Наиболее эффективно указанные операции можно производить с помощью электроннолучевого нагрева, принцип которого состоит в следующем.

Если свободный электрон, имеющий отрицательный электрический заряд, поместить в пространство между двумя электродами с разностью потенциалов Up, то под влиянием электрического поля электрон начнет двигаться к положительному (анодному) электроду. Скорость перемещения электрона зависит от величины Up и может быть вычислена по формуле:

где с — скорость электрона в электрическом поле, км/сек; Up — разность потенциалов на участке, пройденном электроном, в.

В случае движения электрона в вакууме, где он не тратит энергии на столкновение с молекулами воздуха, кинетическую энергию, которую приобретает электрон под действием электрического поля, можно выразить зависимостью:

где m — масса электрона, равная 9,1 * 10^-28, г; ε — заряд электрона, равный 1,6* 10^-19 к; с — скорость электрона, см/сек; Up— разность потенциалов, в.

Из формул (1-11) и (1-12) видно, что кинетическая энергия электрона находится в прямой зависимости от величины разности потенциалов между электродами или так называемого разгоняющего напряжения.

При столкновении быстролетящего электрона с поверхностью анодного электрона может произойти либо его поглощение материалом анода, либо его отражение от поверхности. При поглощении электрона материалом анода около 70—80% его кинетической энергии преобразуется в тепло. Если катодный электрод (термокатод) нагреть до температуры, при которой начнется интенсивная термоэлектронная эмиссия, то между катодным и анодным электродами установится поток электронов, так называемый анодный ток, величина которого численно равна току эмиссии катода. За счет бомбардировки анода потоком быстрых электронов температура быстро повышается. Скорость нагрева и предельная температура зависят от величины разгоняющего напряжения и анодного тока, т.е. от мощности электронного потока:

(1-13)

где N_п — мощность электронного потока, вт; Iа — анодный ток, a; Up— разгоняющее напряжение, в.

Установки, в которых нагреваемый металл служит анодом, широко используются в технике, особенно для зонной очистки. В этих установках источником свободных электронов служит термокатод, изготовленный из вольфрамовой или танталовой проволоки в виде кольца. Нагреваемый металл помещается коаксиально относительно термокатода, и между ними прикладывается разгоняющее напряжение порядка 10—15 кв. Термокатод нагревается до 2000—2500 °С прямым пропусканием тока. За счет электронной бомбардировки металл может быть с высокой точностью нагрет до любой необходимой температуры, включая температуру кипения или испарения. Схема такой установки показана на рис. 1-18.

Рис. 1-18. Схема электроннолучевой установки

электронно-лучевая трубка (кинескоп) предназначена для воспроизведения изображения. В настоящее время на рынке преобладают цветные мониторы, поэтому мы будем рассматривать устройство именно цветной электронно-лучевой трубки. К тому же она обладает более сложным построением. К основным элементам трубки относятся:

1. - стеклянный баллон;
2. - электронный прожектор (электронная пушка);
3. - экран (мишень);
4. - теневая маска (апертурная решетка);
5. - отклоняющая система;
6. - магнито-статическое устройство (система сведения);
7. - система взрывозащиты.

Взаимное расположение указанных выше элементов и устройство цветной электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) приводится на рис.1.

В монохромных ЭЛТ отсутствует теневая маска и магнито-статическое устройство, так как изображение создается только одним лучом.

Современные кинескопы имеют электростатическую фокусировку электронных лучей и электромагнитное отклонение лучей по горизонтали и вертикали. Отклоняющая система надевается на горловину кинескопа и состоит из четырех (двух парных) катушек без ферромагнитных сердечников. Ток, протекающий в катушках, создает взаимно перпендикулярные переменные магнитные поля. Строчные и кадровые катушки отклонения совмещаются в пространстве для уменьшения общей длины отклоняющей системы.

Электронный прожектор обеспечивает формирование потока электронов – электронного луча. В цветных электронно-лучевых трубках имеется три прожектора, а в монохромных – один.

Магнито-статическое устройство обеспечивает правильное совмещение основных цветов на экране и представляет собой набор кольцевых магнитов, расположенных на горловине трубки. Магниты создают статическое магнитное поле, позволяющее смещать соответствующий электронный луч по отношению к двум другим лучам или смещать все три луча одновременно.

Современные кинескопы являются широкоугольными, т.е. угол отклонения лучей при и более (рис.2). Большие°формировании изображения у них составляет 90 углы отклонения позволяют уменьшить габаритные размеры кинескопа (“глубину” корпуса монитора).

Общие принципы устройства.

В баллоне ЭЛТ создан глубокий вакуум. Для создания электронного луча применяется устройство, именуемое электронной пушкой. Катод, нагреваемый нитью накала, испускает электроны. Изменением напряжения на управляющем электроде (модуляторе) можно изменять интенсивность электронного луча и, соответственно, яркость изображения. Покинув пушку, электроны ускоряются анодом. Далее луч проходит через отклоняющую систему, которая может менять направление луча. В телевизионных ЭЛТ применяется магнитная отклоняющая система как обеспечивающая большие углы отклонения. В осциллографических ЭЛТ применяется электростатическая отклоняющая система как обеспечивающая большее быстродействие. Электронный луч попадает в экран, покрытый люминофором. От бомбардировки электронами люминофор светится и быстро перемещающееся пятно переменной яркости создаёт на экране изображение.

Дата добавления: 2014-01-11