Beam and Sector Modes of Electron Fluxes in Cylindrical Magnetic Field of Magnetron Gun

Abstract

Представлені результати досліджень з формування радіального електронного пучка магнетронною пушкою із вторинно-емісійним катодом. Метою роботи було створення математичної моделі формування радіального електронного пучка з енергією в десятки кеВ в магнітному полі соленоїда, дослідження залежності характеристик струму пучка від амплітуди та розподілу магнітного поля вдовж осі соленоїда, колімуванні електронних потоків і вивченні можливостей опромінювання зовнішньої поверхні трубчастих виробів. У роботі на основі гамільтонового формалізму руху електронів у магнітному полі синтезовано програмний засіб, що дозволяє провести чисельне моделювання динаміки трубчастих електронних потоків у магнітному полі соленоїда. Побудовано алгоритм перетворення масиву значень магнітного поля вдовж осі транспортування в аналітичну диференційовану функцію, що дало можливість, спираючись на масив дослідних даних на осі, відновити амплітуду магнітного поля та її похідну як аналітичні функції повздовжньої координати. Приводяться результати чисельного моделювання руху трубчастого електронного потоку. Досліджено формування розподілених електронних потоків при транспортуванні в магнітному полі соленоїда. Приводяться також експериментальні дані по секторній і багатопучковій колімації пучка електронів і реєстрації потоку часток на металевих мішенях у камері пушки. Показана можливість регулювання діаметра пучка шляхом варіації магнітного поля. На підставі отриманих результатів показана можливість опромінювання зовнішніх поверхонь циліндричних зразків на різних відстанях від зрізу анода. Проведено порівняння результатів численного моделювання та дослідних даних в експериментах по руху та колімації трубчастого електронного потоку.

The results of the study on the formation of a radial electron beam by a magnetron gun with a secondary emission cathode are presented. The aim of the work was to create a mathematical model of the formation of a radial electron beam with energy of tens of keV in a magnetic field of a solenoid, to study the dependence of the beam current characteristics on the amplitude and distribution of the magnetic field along the axis of the system, the collimation of electronic fluxes and to study the possibility of irradiation of the surface of the tubular products. In the work, on the basis of the Hamiltonian formalism of electron motion in a magnetic field, a software tool has been synthesized that allows performing numerical simulations of the dynamics of tubular electron fluxes in a falling magnetic field of a solenoid. An algorithm is constructed for converting an array of magnetic field values along the axis of particle transport into an analytic differentiable function, which, based on an array of experimental data on the axis, made it possible to restore the amplitude of the magnetic field and its derivative as analytic functions of the longitudinal coordinate. The results of numerical simulations of the motion of a tubular electron flux are presented. The formation of the electron flux distribution during transport in a solenoid falling magnetic field is studied. Experimental data on sectoral and multi-beam collimation of an electron beam and registration of particle flux at metal targets in a gun chamber are also given. The possibility of regulating the beam diameter by variation of a magnetic field is shown. Based on the results obtained, the possibility of irradiating the outer surfaces of cylindrical samples at different distances from the cut of the anode is shown. The results of numerical simulations and experimental data on the motion and collimation of a tubular electron flux are compared.