تفنگ الکترونی لانتانیم هگزابراید

تعداد بازدید: 1696
چهارشنبه 03 دي 1393

تفنگ الکترونی لانتانیم هگزابراید

تفنگ الکترونی لانتانیم هگزابراید Lanthanum Hexaboride Electron Gun) LaB6)، همانطور که از نامش پیداست، حاوی تک کریستالی از  جنس لانتانیم هگزا بوراید است که نقش کاتد را ایفا می کند. تک کریستال مذکور به شکل مفتولی به قطر یک میلی متر مربع و طول 1.6 سانتی متر تولید شده و نوک آن تا قطر 10 میکرون تیز می شود. در این کاتد، نسبت دانسیته جریان انتشار الکترون به نرخ تبخیر فیلامان، بسیار بیشتر از فیلامان های تنگستنی است. اما کار کردن با فیلامان های LaB6 با مشکلاتی همراه است که اصلی ترین آن ها عبارتند از:

1- نیاز به خلا بالاتر که  حدود 10 برابر خلا کاری فیلامان های تنگستنی است.

2- امکان گرم کردن مستقیم ترکیب LaB6 وجود ندارد. در حالی که فیلامان های تنگستنی با عبور جریان الکتریکی به طور مستقیم گرم می شوند.

انواع فیلامان های LaB6

انواع فیلامان های LaB6 عبارتند از:

- بروئر (Broers)

- وگل (Vogel)

- فریس (Ferris)

بروئر، فریس، وگل، انواع فیلامان های lab6

فیلامان بروئر

ساخت و ارائه تجاری تفنگ های لانتانیم هگزابراید، در نتیجه تحقیقات دانشمندی با نام بروئر انجام گرفت. در فیلامان طراحی شده توسط بروئر، قسمت بالایی مفتول لانتانم هگزابراید در داخل محفظه ای قرار دارد که در حین کار فیلمان، توسط گردش روغن خنک می شود. سر دیگر مفتول به وسیله یک سیم پیچ تنگستنی احاطه شده است. سیم پیچ تنگستنی با عبور جریان از آن گرم می شود. گرمای تولید شده در سیم پیچ، طی دو فرآیند همزمان، به مفتول منتقل می گردد:

1- انتقال حرارت به روش تابش

2- بمباران الکترونی نوک تیز، توسط الکترون های ساطع شده از سیم پیچ گرم شده تنگستنی

در اطراف کاتد LaB6 دو محافظ وجود دارد: محافظ حرارتی و محافظ تبخیر. این دو محافظ به دلیل واکنش پذیری بالای ترکیب لانتانم هگزابراید، در اطراف مفتول فیلامان، تعبیه شده اند. با گرم شدن نوک مفتول و ایجاد پدیده ترمویونی، الکترون ها با دانسیته جریان بسیار بیشتر و نقطه همگرایی بسیار کوچکتر نسبت به فیلامان تنگستنی گیره سری، انتشار می یابند. دمای کاری نوک فیلامان مورد بحث در محدوده 1700 تا 2100 درجه کلوین است. با توجه به بالاتر بودن دانسیته جریان در این فیلامان ها، طبیعتا به ولتاژ بایاس بیشتری نیز نیاز می باشد. به طوری که در این تفنگ ها ولتاژ بایاس بیش از 1000 ولت و معمولا حدود 2500 ولت است.

بعد از بروئر دانشمندان دیگر به تحقیق در رابطه با فیلامان های LaB6 پرداختند. از آن جمله می توان به وگل، فریس و همکارانشان اشاره نمود.

فیلامان وگل

در فیلامان طراحی شده توسط وگل (Vogel)، دیگر از سیم پیچ مقاوم (که به عنوان واسطه انتقال گرما به کار می رفت) استفاده نمی شد. بلکه مفتول کوتاه لانتانیم هگزابراید (با هدف جلوگیری از واکنش دهی) در لایه ای گرافیتی قرار داده شده و مجموعه به صورت مستقیم به پایه های اتصال الکتریکی، وصل می شد.

فیلامان فریس

در فیلامان طراحی شده توسط فریس (Ferris) و همکاران، مفتول لانتانم هگزا براید توسط نواری از جنس گرافیت یا لانتانم (بی اثر و مانع واکنش دهی مفتول لانتانم هگزابراید) به پایه های اتصال الکتریکی، متصل شده است. نوار مذکور نقش واسطه حرارتی فیلمان را به عهده دارد.

روشنایی فیلمان LaB6

روشنایی اصلی ترین معیار سنجش قدرت یک تفنگ الکترونی است، علاوه بر رابطه لانگمویر، رابطه اینیز وجود دارد که تنها در تفنگ های ترمویونی صدق می کند، این رابطه به صورت زیر است:

که در آن T درجه حرارت فیلامان بر حسب کلوین، V ولتاژ شتاب دهنده و Ф تابع کار گسیل گرمایونی فیلمان بر حسب الکترون ولت است که مستقیما به جنس فیلمان بستگی دارد. 

با توجه به این فرمول می توان دریافت که روشنایی با افزایش درجه حرارت فیلمان و کاهش تابع کار آن افزایش می یابد. تابع کار ترمویونی تنگستن مشابه اغلب فلزات بوده و برابر با 4.5 الکترون ولت است اما، نقطه ذوب بسیار بالای این فلز (3653 کلوین)، امکان بالا بردن دمای کاری فیلامان تا 2700 درجه کلوین را فراهم می کند. نکته قابل توجه در رابطه با تفنگ های LaB6، تابع کار ترمویونی ترکیب لانتانم هگزابراید است. تابع کار گسیل گرمایونی ترکیب لانتانم هگزابراید، یک پانزدهم تنگستن است. لذا در دمای کاری پایین تر ( حداکثر 2000 درجه کلوین) می تواند تا 10 برابر فیلامان های تنگستنی ترمویونی، روشنایی داشته باشد. درست به همین علت است که با وجود مشکلات کاربردی موجود، هنوز اهمیت و بازار اقتصادی خود را به عنوان فیلمانی قوی تر از فیلمان های تنگستنی، حفظ کرده است.

ویژگی های فیلمان LaB6

با توجه به واکنش پذیری بالای ترکیب لانتانم هگزابراید که علاوه بر محدود کردن گرم کردن مستقیم فیلامان، نیاز به خلا کاری بالاتری نیز دارد، بررسی عمر کاری و جریان انتشار این نوع فیلامان از اهمیت بسزایی برخوردار است. نتایج تحقیقات دانشمندان نشان می دهد که در دماهای حدود 2000 درجه کلوین، دانسیته جریان انتشار الکترون فیلمان LaB6 به شدت افزایش می یابد به طوری که به 100 آمپر بر سانتی متر مربع یعنی دو برابر ماکزیمم دانسیته جریان فیلمان های تنگستنی می رسد. دانشمندان نشان داده اند با توجه به دمای کاری پایین تر فیلمان LaB6، دانسیته جریان انتشار بالا و تابع کار ترمویونی بسیار کم آن، امکان رسیدن به عمر کاری 1000 ساعت به خوبی فراهم است. در حالی که عمر کاری فیلمان تنگستنی، به صورت تجاری 20 ساعت اعلام شده است.

به دلیل کوچک بودن شعاع نوک فیلامان LaB6 و روشنایی و دانسیته جریان انتشار بالای این فیلامان، امکان کاهش شعاع نقطه همگرایی و در نتیجه کاهش قطر پرتو الکترونی به 30 تا 50 آنگستروم وجود دارد. بنابراین از فیلمان LaB6 در میکروسکوپ هایی که قدرت تفکیک بالا دارند و میکرو آنالیز دقیق انجام می دهند، استفاده می شود. همانطور که گفته شد خلاء کاری فیلمان LaB6 بسیار بالاتر از فیلامان تنگستنی است، این امر محدودیت های تجهیزاتی قابل توجهی را به همراه دارد، بنابراین در برخی از میکروسکوپ های الکترونی، امکان استفاده از هر دو فیلمان در تفنگ وجود دارد و بر حسب ضرورت، از فیلمان LaB6 و در بقیه اوقات از فیلمان تنگستنی استفاده می شود.

لازم به ذکر است علاوه بر لانتانم هگزابراید مورد بحث، تحقیقاتی در زمینه استفاده از ترکیب سلنیم هگزابراید نیز انجام گرفت، اما گسترش چندانی نیافت.

  اجزای فیلامان lab6

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

 

1- فرهاد گلستانی فرد، روش های شناسایی و آنالیز مواد، انتشارت دانشگاه علم و صنعت، 1383.

2- مریم کرباسی، میکروسکوپ الکترونی روبشی و کاربردهای آن در علوم مختلف و فناوری نانو، مرکز انتشارات جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان، 1388.

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

فرهاد گلستانی فرد، روش های شناسایی و آنالیز مواد، انتشارت دانشگاه علم و صنعت، 1383.

مریم کرباسی، میکروسکوپ الکترونی روبشی و کاربردهای آن در علوم مختلف و فناوری نانو، مرکز انتشارات جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان، 1388.

صفحه مهندسی مواد و متالورژی

مجله علمی ویکی پی جی

 

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

تفنگ الکترونی لانتانیم هگزابراید از دید wikipedia.org

The principal use of lanthanum hexaboride is in hot cathodes, either as a single crystal or as a coating deposited by physical vapor deposition. Hexaborides, such as lanthanum hexaboride (LaB6) and cerium hexaboride (CeB6), have low work functions, around 2.5 eV. They are also somewhat resistant to cathode poisoning. Cerium hexaboride cathodes have a lower evaporation rate at 1700 K than lanthanum hexaboride, but they become equal at temperatures above 1850 K. Cerium hexaboride cathodes have one and half the lifetime of lanthanum hexaboride, due to the former's higher resistance to carbon contamination. Hexaboride cathodes are about ten times "brighter" than tungsten cathodes, and have 10-15 times longer lifetime. Devices and techniques in which hexaboride cathodes are used include electron microscopes, microwave tubes, electron lithography, electron beam welding, X-ray tubes, and free electron lasers. Lanthanum hexaboride slowly evaporates from the heated cathodes and forms deposits on the Wehnelt cylinders and apertures. LaB6 is also used as a size/strain standard in X-ray powder diffraction to calibrate instrumental broadening of diffraction peaks ...More

تفنگ الکترونی لانتانیم هگزابراید از دید kore.co.uk

The unique properties of hexaboride crystals provide stable electron-emitting media with work functions near 2.5 eV. The low work function yields higher currents at lower cathode temperatures than tungsten, which means greater brightness (or current at the beam focus) and longer cathode life. Typically, these cathodes exhibit 10 times the brightness and more than 10 times the service life of tungsten cathodes. In electron microscope applications, these characteristics translate to more beam current in a smaller spot at the sample, improved resolution, and less frequent cathode replacement. For applications with large beam spot sizes, where large total current and current density are required, large, flat crystal faces of LaB6 or CeB6 can be the cathodes of choice. This regime is unsuitable for point sources such as field emitters, which are unable to provide sufficient total current, and has been thought of as the realm of the dispenser cathode. However, LaB6 and CeB6 may be more suitable, being particularly robust and resistant to chemical poisoning. They have modest vacuum requirements and long shelf life, and need only be brought up to operating temperature to provide emission, eliminating the activation procedure required of dispenser cathodes. They can provide long-term, stable operation at current densities up to 50 A/cm2, and may be fabricated in a variety of shapes and with many different heating and mounting configurations.

LaB6 and CeB6 are the materials of choice for high current cathodes in a variety of advanced and custom applications... more

تفنگ الکترونی لانتانیم هگزا بوراید tedpella.com

The Kimball Physics ES-423E (Extended Life) Lanthanum Hexaboride Cathode is a high performance, resistively heated, thermionic electron source. It is currently used in many electron optical systems: SEM's, TEM's, microprobes, electron lithography systems, etc. This superior LaB6 source gives a greater brightness (higher current density), lower energy spread (better resolution) and a longer lifetime than standard tungsten filaments. Lifetimes in excess of 6 months of continuous operation are regularly achieved in commercial SEM's and TEM's with suitable gun vacuum (10-7 torr or better). The standard emitter is a 15µm diameter <100> oriented single crystal surface mounted on the end of a single piece, stress-free, carbon heater rod, held in place by a carbon ferrule. The single piece carbon heater rod has a precision machined 100µm slot along the axis to direct the heating current; the result is no high temperature carrying high temperature joints. The design together with a high degree of symmetry keeps mechanical movements small which results in increased stability. The small physical size fits most Wehnelt cylinders with ease. Another advantage of the Kimball Physics LaB6 cathode is the reduced material loss which means less Wehnelt contamination; again this results in greater stability compared to other types of LaB6 cathodes...more

بیست و یکمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان اصفهان 97
بیست و یکمین نمایشگاه تخصصی ساختمان اصفهان 97   عنوا ...بیشتر
نمایشگاه صنعت ساختمان البرز 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان البرز 97   عنوان: نمایشگ ...بیشتر
اولین نمایشگاه تخصصی سونا و جکوزی قزوین 97
نمایشگاه تخصصی سونا، استخر و جکوزی قزوین 97   عنوان: ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97
هفدهمین نمایشگاه تخصصی ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97   ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات سرمایشی گرمایشی همدان 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان،آسانسور، درب و پنجره، تجهیزات و تاسیسات سرمایشی و گر ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97
نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97   عنوان: نم ...بیشتر
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنندج 97
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنن ...بیشتر
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز شهر آفتاب تهران 97
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز تهران 97   عنوان: ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97   عنو ...بیشتر
نمایشگاه تخصصی لوازم و تجهیزات خانه و آشپزخانه، حمام، سونا و استخر اصفهان 97
نمایشگاه تخصصی لوازم و تجهیزات خانه و آشپزخانه، حمام، سونا و استخر اصفهان 97 ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات پزشکی، دندان پزشکی، دارویی و آزمایشگاهی تبریز 97
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات پزشکی، دندان پزشکی، دارویی و آزمایشگاهی تبری ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر