Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Транспортировка интенсивных электронных потоков в магнитных фокусирующих системах со сложной периодической структурой поля в мощных электровакуумных приборах O-типа Дармаев Александр Николаевич

Транспортировка интенсивных электронных потоков в магнитных фокусирующих системах со сложной периодической структурой поля в мощных электровакуумных приборах O-типа
<
Транспортировка интенсивных электронных потоков в магнитных фокусирующих системах со сложной периодической структурой поля в мощных электровакуумных приборах O-типа Транспортировка интенсивных электронных потоков в магнитных фокусирующих системах со сложной периодической структурой поля в мощных электровакуумных приборах O-типа Транспортировка интенсивных электронных потоков в магнитных фокусирующих системах со сложной периодической структурой поля в мощных электровакуумных приборах O-типа Транспортировка интенсивных электронных потоков в магнитных фокусирующих системах со сложной периодической структурой поля в мощных электровакуумных приборах O-типа Транспортировка интенсивных электронных потоков в магнитных фокусирующих системах со сложной периодической структурой поля в мощных электровакуумных приборах O-типа Транспортировка интенсивных электронных потоков в магнитных фокусирующих системах со сложной периодической структурой поля в мощных электровакуумных приборах O-типа Транспортировка интенсивных электронных потоков в магнитных фокусирующих системах со сложной периодической структурой поля в мощных электровакуумных приборах O-типа Транспортировка интенсивных электронных потоков в магнитных фокусирующих системах со сложной периодической структурой поля в мощных электровакуумных приборах O-типа Транспортировка интенсивных электронных потоков в магнитных фокусирующих системах со сложной периодической структурой поля в мощных электровакуумных приборах O-типа Транспортировка интенсивных электронных потоков в магнитных фокусирующих системах со сложной периодической структурой поля в мощных электровакуумных приборах O-типа Транспортировка интенсивных электронных потоков в магнитных фокусирующих системах со сложной периодической структурой поля в мощных электровакуумных приборах O-типа Транспортировка интенсивных электронных потоков в магнитных фокусирующих системах со сложной периодической структурой поля в мощных электровакуумных приборах O-типа Транспортировка интенсивных электронных потоков в магнитных фокусирующих системах со сложной периодической структурой поля в мощных электровакуумных приборах O-типа Транспортировка интенсивных электронных потоков в магнитных фокусирующих системах со сложной периодической структурой поля в мощных электровакуумных приборах O-типа Транспортировка интенсивных электронных потоков в магнитных фокусирующих системах со сложной периодической структурой поля в мощных электровакуумных приборах O-типа
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Дармаев Александр Николаевич. Транспортировка интенсивных электронных потоков в магнитных фокусирующих системах со сложной периодической структурой поля в мощных электровакуумных приборах O-типа: диссертация ... кандидата технических наук: 05.27.02 / Дармаев Александр Николаевич;[Место защиты: Саратовский государственный технический университет Гагарина Ю.А.].- Саратов, 2015.- 203 с.

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Фокусировка интенсивных электронных потоков в знакопеременных

1.1. Исследование фокусировки электронного потока в периодически меняющемся магнитном поле при наличии в нем высших гармонических составляющих 23

1.1.2. Распределение магнитного поля с первой и третьей гармоникой 26

1.1.4. Распределение с первой, третьей, пятой и седьмой гармоникой 29

1.1.5. Распределение с первой, третьей, пятой, седьмой и девятой гармоникой

1.2. Определение спектра гармоник в распределении магнитного поля МПФС

1.2.1. Решение уравнения Лапласа для магнитного скалярного потенциала в приосевой области, ограниченной полюсными наконечниками МПФС 35

1.2.2. Определение распределения магнитного поля в МПФС с магнитомягкой вставкой

1.2.3. Определение распределения магнитного поля в МПФС с двумя

1.2.4. Определение распределения магнитного поля в МПФС с тремя

1.2.5. Определение распределения магнитного поля в МПФС с произвольным

1.3. Исследование спектрального состава магнитного поля в ячейках МПФС с

1.4. Решение задачи о распределении магнитного поля в ячейках МПФС с разной намагниченностью магнитов и неодинаковыми магнитомягкими

1.4.2. МПФС с двумя вставками и неодинаковой намагниченностью магнитов в 1.4.2. МПФС с тремя вставками и неодинаковой намагниченностью магнитов в

1.5. Исследование влияния спектрального состава магнитного поля в ячейках

МПФС с неодинаковой протяженностью магнитомягких вставок и

Глава 2. Экспериментальные исследования фокусировки электронных потоков в периодических магнитных полях с несинусоидальным распределением 81

2.1. Разработка конструкции ЛБВ с МПФС, содержащей высшие гармонические

2.2. Расчеты ЭОС с МПФС, содержащей высшие гармонические составляющие

2.3. Разработка установки контроля термостабильности магнитотвердых

материалов 98

Глава 3. Фокусировка интенсивных электронных потоков в реверсных магнитных полях одно- и многолучевых приборов О-типа 123

3.1. Исследование фокусировки электронного потока магнитными фокусирующими системами с реверсной структурой магнитного поля 124

3.2. Определение спектра гармоник в распределении магнитного поля в ячейке

3.3. Определение спектра гармоник в распределении магнитного поля в ячейке реверсной магнитной системы с кольцевой вставкой из магнитомягкого

Глава 4. Исследование транспортировки электронных потоков в многолучевых

4.1. Управление структурой магнитного поля в реверсных фокусирующих

4.2. Исследование структуры магнитного поля в реверсных фокусирующих системах с вспомогательными магнитомягкими настроечными элементами

4.3. Исследование транспортировки электронного потока в реверсной

4.4 Оптимизация параметров реверсной МФС для транспортировки

Заключение 186

Список литературы

Распределение с первой, третьей, пятой и седьмой гармоникой

Если, наряду с первой гармоникой, в распределении осевой компоненты индукции несинусоидального магнитного поля присутствует положительная третья гармоника, то в этом случае в уравнении (1.1) появляются «резонансные» слагаемые с cos2Z, cos4Z, cos6Z и коэффициентами Д Д Д 0. При Ь =Ь\12 слагаемое с А2 обращается в нуль и резонанс, связанный со слагаемым пропорциональным cos2Z, как следует из соотношений (1.7), исчезает [15, 65]. Следующий ближайший основной резонанс связан со слагаемым cos4Z, и возникает при существенно больших значениях параметра а (рис. 1.16). Нетрудно видеть, что заменой переменных Y=2Z уравнение Хилла (1.1) в отсутствие пространственного заряда приводится к уравнению Матье с небольшими «добавками» и коэффициентом при cos2Y пропорциональным а/4 (таким образом, при Д,=0 и Ь\=\ и Ьз=0,5 зона параметрического резонанса смещается в сторону больших значений параметра магнитного поля O 4(2/3)/AQ «2,13. Для распределений магнитного поля, среднеквадратичное значение которого одинаково со среднеквадратичным значением синусоидального распределения, bi=0,894; &з=0,447; Ао=1; Аг=0; А4=0,8; Аб=0,2; А8=Аю=0, поэтому критическое значение параметра а «2,83. Как и в случае с одной гармоникой, при учете пространственного заряда и Дг=а в области значений 1,7 сК2,5 (рис. 1.3) возникает дополнительный резонанс.

Зависимость оптимального входного радиуса пучка RBX (1) и относительной амплитуды пульсаций А (2) от параметра магнитного поля a a) Ьі О; б) Ьі,Ьз 0; 3 - начало зоны неустойчивости при p=0 8999996

Фазовый портрет и контур пучка в МПФС с синусоидальным распределением магнитного поля: а) а=(Зл=0,45; б) а=0,66; (Зл=0. 1.1.3. Распределение с первой, третьей и пятой гармоникой Соотношения между гармониками, при которых одновременно А2 и А4 обращаются в нуль, имеют вид: Ъъ =Ь5 = 0,5(л/з - l)6i =0,366 Ъх. Для распределения магнитного поля, среднеквадратичное значение которого одинаково со среднеквадратичным значением магнитного поля с синусоидальным распределением, b1=0,888; b3=b5=0,325; 01; А2=А4=0; 6—U,6o3, 8—0,211, 100,106. Основной резонанс при p—(), наступает для ее 6,64, а при учете пространственного заряда и p= а в области значений А а 5 (рис. 1.4а) возникает дополнительный резонанс.

Амплитуды гармоник, при которых A2, А4 и А6 в соотношениях (1.7) обращаются в нуль, а среднеквадратичное значение магнитного поля совпадает со среднеквадратичным значением магнитного поля с синусоидальным распределением, равны b1=0,8886; b3=0,306; b5=0,214; b7=0,266. Основной резонанс при параметре пространственного заряда p0 наступает для параметров магнитного поля а 12,15. Дополнительный резонанс, возникающий при учете пространственного заряда и f5p= а, располагается в области значений 7 а 9 (рис. 1.46). ависимость оптимального входного радиуса пучка RBX (1) и относительной амплитуды пульсаций А (2) от параметра магнитного поля а а) Ьі,Ьз,Ь5 0; б) Ьі,Ьз,Ь5,Ь7 0 3 - начало зоны неустойчивости при p=0 Нелинейный резонанс с небольшой амплитудой колебаний в области значений параметра а=2 является типичным резонансом для колебательных систем, собственные частоты колебаний которых совпадают с частотой вынуждающей силы малой амплитуды. в ыулъ козшшмідмснтов - -2, -2, -6, - -8 выражениях (1.7), происходит при b1=0,889; b3=0,3; b5=0,1936; b7=0,166; b9=0,2315; Для этих значений гармоник при p0 основной резонанс наступает для параметров магнитного поля or больших 19,3. Дополнительные резонансы, возникающие при учете пространственного заряда (p Ф 0) и при f3p= а, располагаются в области значений 11 ог 14 и \7 а \9 (рис. 1.5). Кроме этого наблюдаются незначительные по амплитуде колебаний резонансы в узких областях значений а, примыкающих к а =2 я а =8.

На рис. 1.6. представлены структуры магнитного поля в ячейке МПФС для полученных оптимальных наборов высших гармонических составляющих магнитного поля.

Результаты расчетов, представленные на рис. 1.4 обосновывают следующее положение, выносимое на защиту:

Выбор величин первой, третьей, пятой и седьмой пространственных гармоник относительно амплитудного значения магнитного поля в МПФС в отношении 0,89 : 0,31 : 0,21 : 0,27 позволяет обеспечить фокусировку интенсивного электронного потока с относительной амплитудой пульсаций менее 15% в интервале изменения параметра магнитного поля от 2,0 до 7,0

Расчеты ЭОС с МПФС, содержащей высшие гармонические составляющие

В настоящем параграфе проведено исследование влияния спектрального состава магнитного поля в ячейках МПФС с неодинаковой протяженностью магнитомягких вставок и неодинаковой намагниченностью магнитов для распределений осевой компоненты индукции магнитного поля в ячейках МПФС, полученных в предыдущем параграфе. Сформулирована задача о нахождении основных размеров магнитомягких вставок, обеспечивающих требуемый оптимальный спектральный состав распределения магнитного поля в ячейке.

Как и в параграфе 1.3 были рассмотрены осевые распределения индукции магнитного поля. В этом случае в формуле (1.4.4а) для продольной компоненты индукции магнитного поля функция Бесселя / компонента Br(r,z) обращается в нуль. С целью определения возможности использования формул (1.4.4), (1.4.7), (1.4.10), были рассмотрены МПФС с аксиально-намагниченными кольцевыми магнитами, пространственно совмещенные с замедляющей структурой (ЗС) типа цепочки связанных резонаторов, в которой полюсные наконечники одновременно являются элементами ЗС. С этой целью по программе [70] были проведены расчеты рассмотренных ячеек МПФС с учетом нелинейных эффектов насыщения материала наконечников. Рассматривались случаи, при которых максимальное значение продольной компоненты индукции магнитного поля на оси уединенного магнита (37x23x4,2мм) равнялось ЗОмТл (при одинаковой намагниченности), а также ЗОмТл и 28мТл (при различной намагниченности). При выбранных геометрических размерах полюсных наконечников (a/L=0,0858; A/L=0,0823) и магнитов, насыщения материала наконечников, как показали расчеты, не происходило, и распределение магнитного поля содержало помимо первой гармоники значимые по величине значения ВГС. Различие в величинах ВГС при одинаковых значениях ВЭфф по формулам и по программе [70] не превосходило для рассматриваемых случаев 10%. Анализ формул (1.4.4) показывает, что при КФ 1 в распределении индукции магнитного поля помимо нечетных высших гармонических составляющих дополнительно появляются четные гармоники. Для исследования устойчивости фокусировки электронного пучка с помощью уравнения (1.1) и методики, изложенной в параграфе 1.1, распределение индукции магнитного поля записывалось в следующем виде:

Заменой переменных z=2y уравнение (1.1), сводится к уравнению типа Хилла, с коэффициентами Ап вместо А2п и сомножителем а =4 а в слагаемом, описывающем магнитное поле. Как показали проведенные расчеты, при некоторых значениях параметров электронно-оптической системы (а, рр, Ьп) уравнение (1.1) демонстрирует параметрический резонанс (рис. 1.5.1). Наиболее «низкочастотный» резонанс связан со слагаемым, содержащем cos2Y, а условие, определяющее этот резонанс, напрямую связано с величиной коэффициента Аь то есть с величиной второй гармоники в распределении магнитного поля. Таким образом, введение четной низкочастотной гармоники приводит к смещению области устойчивой фокусировки пучка в сторону меньших значений параметра магнитного поля а. Величина этого смещения в

Расчет пучка в МПФС с одной вставкой и неодинаковой намагниченностью магнитов в ячейке (/е=0,9) ос= p=0,4; b1=0,86; b2=0,051; b3=0,475; b4=0; b5=-0,18 зависимости от амплитуды четной гармоники легко может быть определена на основе расчетов с использованием уравнения (1.1). Для предотвращения появления дополнительных низкочастотных резонансов в МПФС с одной вставкой необходимо тщательно следить за величиной намагниченности магнитов внутри ячейки МПФС. При к=1 формулы (1.4.4) переходят в формулы для распределения магнитного поля в МПФС с одной магнитомягкой вставкой и одинаковой величиной намагниченности магнитов [питер] и могут быть использованы для определения продольных размеров магнитомягких элементов ячейки МПФС со вставкой, формирующих требуемый состав высших гармонических составляющих магнитного поля.

Так, в качестве примера рассмотрим МПФС с периодом L=20 мм; радиусом пролетного канала гк=1,4мм; Uo=3,145; А=6,6мм; к=1. Для получения из этой МПФС системы со распределением магнитного поля, гармоники которого равны Ь]=0,894; Ьз=0,47; Ь$= - 0,05 достаточно приравнять соответствующие три слагаемые ряда (1.4.4а) требуемым значениям гармоник и решить эту систему нелинейных уравнений любым из подходящих способов относительно неизвестных U0, d, А.

Полученные значения оказались равными U0=3,617; длина вставки 2d=1,8мм, зазор между ступицами полюсных наконечников и вставкой А=3,43мм, а длина ступицы полюсного наконечника составила 2с=1,335мм. Найденные геометрические размеры требуемой конструкции МПФС и формируемое ей магнитное поле представлены на рис. 1.5.2.

Аналогичным образом можно найти конструкцию МПФС с тремя магнитомягкими вставками и близким к оптимальному сочетанию гармоник распределением магнитного поля. Так, в качестве примера рассмотрим МПФС с периодом L=42 мм и диаметром пролетного канала 2гкан=4.0 мм. Потребуем, чтобы коэффициенты А2к имели следующие значения (1.5.3) Решая эту систему уравнений относительно ЬК, получим следующие значения гармоник: {Ьі,Ьз,Ь5,Ь7,Ь9,Ьц}={0.833, 0.301, 0.238, 0.349, -0.160, -0.015}.

Приравнивая найденные значения гармоник магнитного поля соответствующим членам ряда (1.4.10а) и решая систему нелинейных уравнений относительно величин X,Uo,A2,b,Al,c, получим Uo=7.135, Х=0.474, то есть намагниченность средних магнитов к=0.896, зазор между ступицей полюсного наконечника и вставкой А2=2.135, длина ближайшей к полюсному наконечнику вставки 2Ь=3.718, зазор между вставками А1=1.322, длина центральной вставки 2с=3.88. Протяженность полюсных наконечников равна 2а=2.8 мм.

Определение спектра гармоник в распределении магнитного поля в ячейке

Для контроля магнитных периодических фокусирующих систем (МПФС), используемых преимущественно в ЛБВ, на предприятии долгое время применяли установку «МИРТ- 2», разработанную в ЦНИИАА (г. Саратов).

Назначение установки - измерение и запись на диаграммной ленте самописца графика распределения продольной составляющей магнитной индукции по оси МПФС. Сигнал на самописец поступал от миллитесламетра с зондом Холла, который при измерении перемещался с постоянной скоростью механизмом с электродвигателем.

Поэтому, несмотря на то, что установка в достаточной степени мобильна, транспортабельна, прекрасно себя зарекомендовала, к настоящему времени она исчерпала свой ресурс, и требовала проведения существенной модернизации для обеспечения измерений структуры и величины магнитного поля на современной основе. В частности, при расчётах ЭОС прибора надо было предварительно перевести график в цифровой формат, что неудобно и трудоёмко при проведении численных расчётов на ЭВМ, и являлось существенным недостатком «МИРТ- 2».

В настоящем параграфе представлены результаты создания модернизированной установки, в которой результаты измерений выдаются в виде электронной таблицы в формате Microsoft Excel. Таблица состоит из значений продольной составляющей магнитной индукции и соответствующих Модернизация осуществлена благодаря применению автоматизированной системы из универсального вольтметра «В7-78/1», персонального компьютера -ноутбука и программного обеспечения аналого-цифрового преобразования сигнала от миллитесламетра (программное обеспечение входит в комплект поставки вольтметра «В7-78/1»). Миллитесламетр координат вдоль оси МПФС через заданные постоянные интервалы.

для модернизированной установки разработан на основе современной схемотехники в ООО «ПМТиК» (г. Троицк МО), но по ТУ для миллитесламетра установки «МИРТ- 2».

Чтобы подчеркнуть метод представления результата измерений в модернизированной установке, она названа аналого-цифровой («АЦУМ-1»).

Основными компонентами установки являлись зонд Холла; горизонтальный механизм с электродвигателем для перемещения зонда Холла с постоянной скоростью вдоль оси МПФС; миллитесламетр «ПМТиК»; универсальный вольтметр «В7-78/1» и ноутбук, (рис. 2.4.1-2.4.4)

Зонд Холла использовался от установки «МИРТ-2», поскольку он ещё вполне работоспсобен. Зонд состоял из тонкостенной монелевой трубочки длиной 400 мм с наружным диаметром 1,8 мм и миниатюрного датчика Холла. Датчик смонтирован внутри трубочки на её торцевой части. Номинальный постоянный управляющий ток датчика равен 50 мА, магнитная чувствительность при этом равна 70 мкВ/мТл.

При измерении, зонд Холла перемещался вдоль оси МПФС, со скоростью 0,42 мм/сек механизмом от электродвигателя, разработанным ранее в рамках НИР «1161». В отличие от механизма «МИРТ-2», расположенного внутри рабочего стола и с вертикальным перемещением зонда, что было крайне неудобно при работе на установке, механизм и МПФС расположены горизонтально на рабочем столе.

Миллитесламетр «ПМТиК-1» состоял из регулируемого источника управляющего постоянного тока датчика Холла, в пределах 25 -75 мА, и усилителя ЭДС Холла, пропорциональной магнитной индукции. Окончательно величина управляющего тока датчика устанавливалась при калибровке зонда. Усилитель вырабатывал два различных по величине выходные напряжения: одно для вольтметра, и второе для самописца. Поскольку для максимального отклонения указателя самописца от середины шкалы до крайних значений требовалось 10 мВ, полный диапазон измерений тесламетра разбит на 9 поддиапазонов: 25 мТл; 50 мТл; 100 мТл; 150 мТл; 250 мТл; 500 мТл; 750 мТл; 1000 мТл и 1500 мТл. При максимальном значении индукции в поддиапазоне, напряжение для вольтметра равнялось ± 200 мВ, а для самописца ± 10 мВ. В усилителе предусмотрена компенсация остаточного напряжения датчика Холла. Калибровка поддиапазонов производилась с помощью мер магнитной индукции на постоянных магнитах из сплава типа КС- 25, разработанных в рамках НИР «1152».

В каждом поддиапазоне обеспечена линейная зависимость между выходным напряжением миллитесламетра и магнитной индукции до максимально возможного значения ± 1500 мТл.

Измерения при участии самописца, в нашем случае, носят вспомогательный характер, поэтому окончательный МПФС можно производить на самом чувствительном поддиапазоне «25 мТл», что бывает гораздо практичнее, чем на установке «МИРТ-2».

Универсальный вольтметр «В7-78 /1» по команде программы из ноутбука стробирует непрерывный сигнал миллитесламетра через определённые интервалы времени и создаёт из них в ноутбуке таблицу Microsoft Excel. Интервалы времени устанавливают пропорциональными заданным отрезкам по оси МПФС, зависящим от её периода.

Сигнал на вход вольтметра поступал с постоянной скоростью, определяемой механизмом перемещения зонда и равной 0,42 мм / сек.

Для МПФС, имеющих период от 18 мм до 22 мм был достаточен интервал стробирования 0,5 - 1 секунды. Тогда на периоде получалось, примерно, 40 значений индукции, что достаточно для оценок поведения электронного потока в приборе.

Исследование структуры магнитного поля в реверсных фокусирующих системах с вспомогательными магнитомягкими настроечными элементами

На рис. 4.9 представлено распределение модуля магнитной индукции в материале магнитопроводов реверсной МФС, обеспечивающее на оси каналов требуемый уровень поля в 800-1200 Гс. Наибольшее значение, равное 1,5 Тл достигалось в материале пушечного и коллекторного экранов. Оценивая по рис. 4.9 уровень индукции в материале магнитопроводов и сопоставляя его с кривой намагничивания магнитомягкого материала, можно заключить, что материал магнитных экранов находится в начале области насыщения, а полюсные наконечники даже в районе перемычек между отверстиями каналов ещё далеки от насыщения. Анализ результатов расчета позволил сделать вывод о том, что при заданной толщине полюсных наконечников возможно обеспечить больший уровень магнитного поля либо, для заданного уровня поля уменьшить толщину наконечников.

При проведении вначале расчётов магнитной системы в двухмерном приближении, в котором магнитные перемыкатели представляли собой стальные цилиндры, в расчётах в трехмерной постановке, для того чтобы заново не подбирать намагниченности магнитов и количество перемыкателей, использовались перемыкатели в виде стальных цилиндров. На самом деле, перемыкатели представляют собой стальные прямоугольники. Различия в распределении поля при представлении перемыкателей в виде цилиндра или отдельных элементов прямоугольной формы рассмотрены ниже.

Обычно в реальных системах для получения требуемого уровня поля используют от 3 до 12 перемыкателей. Для оценки влияния перемыкателей на уровень поля в магнитной ячейке, были проведены расчёты части магнитной системы, состоящей из пушечного экрана, двух полюсных наконечников и двух магнитов как на рис. 4.10. Перемыкатели располагались по азимуту равномерно, количество перемыкателей варьировалось от 0 до 12 шт.

В случае одного перемыкателя, его материал находился в состоянии глубокого магнитного насыщения и существенного прироста поля в ячейке МФС не происходило. В случае, когда перемыкателей больше 10 штук либо перемыкатели заменялись сплошным цилиндром из магнитомягкого материала, то насыщения материала не происходило и, можно было добиться существенно большего уровня поля в магнитной ячейке.

Расчёты показали, что в рассмотренной магнитной системе перемыкатели локально не влияют на структуру магнитного поля в парциальном канале, но увеличивают амплитуду магнитного поля в целом. Однако, если перемыкатель расположен на одном из магнитов, но не доходит до другого, происходит «перекос» распределения поля. Следует отметить, что «перекос» поля носит локальный характер и наиболее выражен в области под перемыкателем рис. 4.11. Аналогичный локальный эффект оказывает размещение скоб рис. 4.12.

Распределение магнитной индукции в магнитной ячейке реверсной фокусирующей системы (а) с различным количеством перемыкателей и соответствующие распределения магнитной индукции на оси внешнего парциального канала (1) без перемыкателей; (2) один перемыкатель; (3) 6 перемыкателей; (4) 12 перемыкателей. Диапазон цветовой шкалы 0-2,5 Тл

Поля от радиального магнита обычно распространяются за пределы соседней с магнитом магнитной ячейки, тем самым изменение намагниченности одного магнита влечёт за собой изменение поля не только в соседних с магнитом ячейках, но и последующих, что хорошо продемонстрировано на примере рис. 4.13. Причём, если уменьшение амплитуды поля в 1-й магнитной ячейке также приводит к уменьшению амплитуды поля в соседней 2-й ячейке, то в 3-й ячейке уровень поля несколько вырастет и наоборот. Изменения уровня поля можно добиться как изменением намагниченности магнита, так и с помощью настроечных элементов.

При исследовании транспортировки электронного потока в ЭОС приходится решать уравнение Пуассона (Лапласа) в заданной конфигурации электродов совместно с уравнениями движения, а также проводить расчёты магнитостатических полей с учётом нелинейных свойств материалов. Для решения уравнения Пуассона (Лапласа) обычно пользуются методом конечных разностей [85], [86], методом конечных элементов [87], [88] или методом интегральных уравнений [89].

Преимущества сеточных методов (конечных разностей или конечных элементов) заключаются в получаемой в результате дискретизации системе алгебраических уравнений редко заполненной матрицы, для обращения которой имеются быстродействующие алгоритмы. с приемлемой для практики точностью. Однако при расчетах пространственно развитых в радиальном направлении электронно-оптических систем в трехмерной постановке из-за больших размеров МФС прибора по отношению к размерам элементов пушки и пролетного канала целесообразно прибегать к упрощениям расчётной модели рис. 4.1.

Пример варианта расчётной модели, включающей в себя электронную пушку, магнитную систему, парциальный пролётный канал, и рассчитанные траектории движения электронов в парциальном канале.

Модель для расчёта движения частиц делилась по длине на четыре части (область пушки, область 1-ой ячейки МС, 2-ой ячейки, 3-й ячейки и коллектора). Расчёт движения электронов проводился последовательно с передачей данных из одной части расчётной модели последующей.

Все расчёты проводись без учёта релятивистской поправки в движении электронов. Такой подход позволил, используя ЭВМ с 2 Гигабайтами оперативной памяти проводить расчёты, не теряя при этом в точности и обеспечивая устойчивую сходимость решения задачи.

Кроме того, вследствие высоких значений ускоряющих потенциалов (потенциал анода превышал 30 кВ), а также относительно высоких значений микропервеанса парциальной электронной пушки (были рассмотрены микропервеансы 0,5-Ю,8 мкА/В3/2) и относительно невысоких компрессий пучка по площади (компрессии составляли 9 -16), плотность термоэмиссионного тока с катода задавалась по закону Чайлда. Проверка взаимного влияния электронных потоков друг на друга сколь-нибудь заметного влияния не выявила.

Вначале была рассчитана транспортировка электронных потоков одновременно для двух парциальных каналов находящихся друг под другом. При этом расчёт магнитной системы проводился без учёта магнитного насыщения материала магнитопроводов, вследствие чего провал поля от магнитомягкого кольца в середине второй ячейки оказался большим, чем в экспериментальной системе, что привело к увеличению амплитуды поперечной компоненты магнитного поля примерно в 1,5 раза (рис 4.15). Кроме того, расчётная модель не включала трубки дрейфа, что позволяло выходить траекториям электронного потока за пределы пролётного канала (рис. 4.16). Такой расчет оказался удачным с точки зрения понимания и оценки влияния уровня поперечной составляющей магнитного поля на транспортировку электронного потока, несмотря на некоторое расхождение с измеренным магнитным полем и отсутствие трубок дрейфа. Анализ проведенных расчетов показал, что наличие поперечной компоненты магнитного поля приводит к смещению электронного потока относительно оси парциального канала. В рассмотренной конструкции для каналов на внешнем радиусе радиальная составляющая поля примерно вдвое больше, чем для каналов на внутреннем радиусе.