Материал: sb000035
Федеральное агентство по образованию
________________________________
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет «ЛЭТИ»
________________________________
Диагностика материалов и структур электронной техники
Методические указания к лабораторным работам
Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
2007
УДК 621.384.6
Диагностика материалов и структур электронной техники: Методические указания к лабораторным работам / Сост.: И. А. Брытов, А. Ю. Грязнов, Н. Н. Потрахов. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ»,2007.40 с.
Содержат описания лабораторных работ, в которых исследуются различные материалы, используемые в современном электронном приборостроении. Приведено описание современной диагностической аппаратуры и методов ее применения.
Предназначены для студентов специальности 200300, а также могут быть полезны инженерно-техническим работникам этой области знаний.
Утверждено редакционно-издательским советом университета
в качестве методических указаний
СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2007
2
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.
АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ИМПУЛЬСНОГО ВЫСОКОЧАСТОТНОГО УСКОРИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОНОВ
Цель работы.
Целью работы является ознакомление с устройством и принципом действия импульсного высокочастотного ускорителя электронов, исследование его выходных параметров, резонансной системы и характеристик излучения.
Общие положения.
В ряде областей науки и техники используются источники импульсного рентгеновского излучения с высокой частотой следования импульсов для исследования быстропротекающих процессов в непрозрачных средах, фазовых и структурных изменений в металлах и сплавах при высоких скоростях нагревания и охлаждения образцов. Существует два способа построения импульсных рентгеновских установок для получения последовательности импульсов рентгеновского излучения: использование нескольких отдельных моноимпульсных источников, срабатывающих последовательно через определенные промежутки времени, или использование одного источника, генерирующего последовательность импульсов непрерывно или в течение определенного промежутка времени (такой режим иногда называют стробоскопическим). На рис. 1.1 показана структурная схема импульсного высокочастотного (ВЧ) резонаторного ускорителя электронов. Питание ускорителя осуществляется от ВЧ-генератора частотой 1–10 МГц, выходное напряжение которого может плавно изменяться в пределах от 1,5 до 5 кВ.
Модулятор ВЧ-генератор
Резонатор
U
t
Т
Т
Рис.1.1. Структурная схема импульсного ускорителя
3
Сформированный модулятором видеоимпульс длительностью Т подается на аноды ламп высокочастотного генератора, с выхода которого радиоимпульсы длительностью 100–500 мкс по коаксиальному кабелю поступают на четвертьволновой спиральный резонатор импульсного ускорителя, обладающий достаточно высокой добротностью. Основным элементом ускорителя (рис. 1.2) является четвертьволновый спиральный резонатор, который выполнен в виде металлического цилиндрического корпуса 1 и спирального проводника 2, помешенного внутрь изолятора 3, наполненного жидким диэлектриком 4 (например, трансформаторным маслом). На конце изолятора смонтирован высоковольтный электрод 5 (анод) с вольфрамовой мишенью 10. Напротив анода расположена электронная пушка с катодом 7 и фокусирующий электрод 8. Один конец спирального проводника соединен с высоковольтным электродом, а второй – с корпусом, находящимся под нулевым потенциалом. Возбуждение колебаний в резонаторе осуществляется посредством катушки связи 6, к которой по кабелю от высокочастотного импульсного генератора подается высокое напряжение амплитудой несколько киловольт. Частота питающего напряжения находится в пределах 1÷10 МГц. Процесс ускорения происходит при возникновении в вакуумном промежутке 9 напряжения между оболочкой ускорителя и ускоряющим электродом. Таким образом, на выходе излучателя формируются цуги импульсов рентгеновского излучения.
6 1 3 2 4 5 8 7
9 10
Рис. 1.2. Схематическое устройство импульсного высокочастотного источника рентгеновского излучения
Методика расчета параметров высокочастотного ускорителя.
Как указывалось выше, высокочастотный ускоритель электронов выполнен в виде четвертьволнового резонатора с внутренним спиральным проводником. Расчетная модель ускорителя данного типа показана на
4
рис. 1.3. Четвертьволновой резонатор состоит из отрезка спиральной замедляющей системы (ЗС) длиной l, представляющей собой спираль 1 с радиусом a и шагом навивки h, помещенную в металлический экран 2 с радиусом b. Спиральная ЗС с одной стороны закорочена крышкой 3, а с другой заканчивается диском 4, на котором может быть расположена мишень. Экран 2 закрыт крышкой 5, имитирующей катод ускорителя. Катод и мишень образуют электронно-оптическую систему, обладающую первеансом p. Резонатор возбуждается от генератора с внутренним сопротивлением Zr и выходным напряжением Uв с помощью катушки связи 6, имеющей радиус аb и расположенной на расстоянии Zо от короткозамкнутого конца ЗС. Длина катушки связи предполагается малой по сравнению с длиной замедленной волны.
Рис. 1.3. Расчетная модель высокочастотного ускорителя электронов
При расчете параметров ускорителя размеры, геометрия электродов и междуэлектродные расстояния считаются заданными. Спиральный проводник рассматривается как отрезок замедляющей системы, дисперсионное уравнение которой в приближении анизотропно-проводящего цилин-
дра имеет вид: |
2 I0 γa K0 |
γa 1 M0 |
γB / M0 γa |
||||
2 |
|||||||
ka(ctg ψ) |
γa |
|
|
|
|
|
, (1.1) |
I |
γa K |
γa 1 M |
γB / M |
γa |
|||
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
где k – волновое число; γ – поперечная постоянная распространения; ψ – угол намотки спирали; а и В – радиусы спирали и экрана; h – шаг намотки спирали.
Mi |
Ki |
. |
(1.2) |
|
|||
|
Ii |
|
|
5