Ускоряющая трубка с наклонными полями

Секционированная ускоряющая трубка.

Ускоряющие вакуумные трубки.

Линейные ускорители.

В технологии полупроводниковой электроники наибольшее распространение получили линейные ускорители. Рассмотрим их разновидности и особенности конструкции.

Главным элементом любого высоковольтного ускорителя является ускоряющая вакуумная трубка, в которой частицы приобретают энергию поля.

Главная проблема, возникающая при создании вакуумных трубок, – обеспечение устойчивости к пробою при приложении ускоряющего напряжения.

Конструктивно вакуумные трубки делятся на несколько видов.

Так как с ростом междуэлектродного расстояния напряженность поля пробоя падает (Е_пр=U_пр/d), то в основе конструкции трубок лежит принцип секционирования, когда диэлектрическую оболочку выполняют из ряда секций, между которыми располагаются промежуточные электроды. Диэлектрические вставки делают из фарфора или стекла, а промежуточные электроды – из Al, Cu, Ti или нержавеющей стали. При этом, кроме электрической прочности, достигается еще и более равномерное распределение электрического поля. Общая длина трубки и количество секций зависит от приложенного напряжения. Диэлектрические вставки и электроды должны иметь вакуумно плотное соединение, для чего их склеивают специальными клеями или цементами.

Остаточное давление в ускоряющей трубке не более 10^-3 Па, которое поддерживается за счет непрерывной откачки насосами. Как правило, применяют магниторазрядные насосы типа НОРД.

Для предотвращения пробоя по внешней поверхности трубки часто помещаются в диэлектрическую среду (например, сжатый азот, трансформаторное масло). Гораздо сложнее обеспечить условия пробоя по внутренней поверхности, которые в основном определяются процессами взаимодействия ускоряемой частицы с диэлектрической вставкой при случайном попадании на нее в случае выхода частицы из потока, а также ухудшения вакуума и т.д.

Электрическую прочность трубки может быть повышена, если обеспечить условие, при котором вторичные частицы, образующиеся при прохождении пучка, получают энергию не более 350 кэВ.

Это условие выполняется в трубке с наклонными относительно оси трубки полями. В них плоскости электродов на чередующихся участках наклонены вправо и влево. При этом вторичные частицы, имеющие небольшую энергию, сильно отклоняются от оси и оседают на электродах. Заряженные частицы с высокой энергией мало отклоняются при движении, и при определенном соотношении между углом наклона электрического поля к оси, размером отверстия волновода, длиной участка трубки с наклонным полем могут беспрепятственно перемещаться вдоль оси трубки.

Расчеты показали, что пучок беспрепятственно проходит в случае, если время пролета частицей участка с различным наклоном электродов постоянно. Значит, с ростом энергии частиц длина участков должна возрастать.

При этом в трубке с наклонными полями большинство вторичных частиц улавливается электродами раньше, чем они приобретут энергию, достаточную для того, чтобы вызвать пробой вакуумного промежутка.

При выводе пучка в атмосферу возникает проблема создания вакуумно-плотного выходного окна, выдерживающего атмосферное давление. Для этого используются металлические фольги.

Эффективность вывода частиц – отношение числа выведенных частиц к полному числу частиц в потоке, зависит от материала и толщины фольги. Наиболее часто используют Ti или Аl. Толщина выходного окна обычно составляет 30-50 мкм.

Дата добавления: 2014-01-04