Теория и практика создания системы автоматизированного проектирования вторично-электронных канальных умножителей (13.07.2009)

Автор: Гончаров Игорь Николаевич

Гончаров Игорь Николаевич

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВТОРИЧНО-ЭЛЕКТРОННЫХ КАНАЛЬНЫХ УМНОЖИТЕЛЕЙ

Специальность 05.13.12 - "Системы автоматизации

проектирования (промышленность)"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Владикавказ – 2009

Работа выполнена в Северо-Кавказском ордена Дружбы народов горно-металлургическом институте (государственном технологическом университете)

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Козырев Евгений Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Горбатов Дмитрий Николаевич

доктор физ.-мат. наук, профессор

Кармоков Ахмед Мацевич

доктор технических наук, профессор

Петров Юрий Сергеевич

Ведущая организация:

Московский Энергетический Институт (Технический Университет)

Защита состоится 9 октября 2009 г. в 14.00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.246.01 при Северо-Кавказском горно-металлургическом институте (государственном технологическом университете) по адресу: 362021, РСО Алания, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (ГТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СКГМИ (ГТУ)

Автореферат разослан «____»__________2009 г.

Ученый секретарь совета,

к.т.н., доцент___________________А.Ю. Аликов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Вторичная электронная эмиссия (ВЭЭ) в условиях ускоряющего электрического поля различной конфигурации - сложное явление, определяемое многими взаимосвязанными процессами, протекающими вокруг эмиттера, при облучении его первичными электронами. Данное явление лежит в основе работы многочисленных изделий вакуумной электроники: вторично-электронных умножителей, канальных электронных умножителей, микроканальных пластин (МКП), которые применяются в оборонной, космической, научной, социальной и других жизненно-важных сферах деятельности.

Приборы данного класса отличаются сложностью конструкции и технологии изготовления, а их действие вероятностностью протекающих процессов. Вместе с тем к канальным электронным умножителям предъявляются весьма жёсткие требования, в особенности это относится к многоканальным конструкциям, используемым для работы с широкими электронными потоками и применяемым в преобразователях и усилителях электронного изображения. Качество специальных устройств на их основе, например электронно-оптических преобразователей (ЭОП), применяемых в технике ночного видения, во многом определяется высокой усилительной способностью канальных умножителей, идентичностью работы отдельных каналов, низким уровнем шума, высокой разрешающей способностью, стабильностью работы. Микроканальная пластина является системообразующей сборочной единицей ЭОП, а режимы их функционирования взаимообусловлены.

Очевидно, что повышение эффективности и скорости решения задач разработки и исследования новых конструкций изделий вакуумной электроники и вторично-эмиссионных приборов в частности связано с наличием средств автоматизированного проектирования. Задача компьютерной разработки и исследования электронно-оптической системы (ЭОС) сводится к определению формы электродов и их потенциалов, обеспечивающих формирование потока электронов с заданными характеристиками. Известны средства САПР, позволяющие проводить в интерактивном режиме поиск оптимальных геометрий расположения электродов ЭОС и напряжений на них для получения требуемых характеристик систем электронной оптики вакуумных электронных приборов с широкими электронными пучками, таких как электронно-лучевые трубки, инверторные электронно-оптические преобразователи, фотоэлектронные умножители в их прикатодной области и др. Данные средства широко применяются при расчете траекторий рабочих электронов, исследовании характеристик изделий: коэффициента увеличения, разрешающей способности, дисторсии электронного изображения, коэффициента сбора электронов.

Процессы разработки и анализа функционирования ЭОС изделий вторично-эмиссионной электроники в значительно меньшей степени обеспечены соответствующими САПР. Задача моделирования поведения электронов в условиях вторично-эмиссионного умножителя является более сложной, поскольку предусматривает не только расчет траекторий электронов в условиях однородных и неоднородных электрических полей и различных граничных условий до взаимодействия с препятствием-мишенью, но и моделирование вероятностного явления вторичной эмиссии и дальнейшего продвижения в электрическом поле соответствующего количества вторичных электронов.

Сложность применения метода синтеза при разработке изделий вторично-эмиссионной электроники обусловлена значительными математическими трудностями, возникающими при его реализации, потребностью в весьма большом объёме оперативной памяти ЭВМ и её высоком быстродействии. При этом важно отметить, что в полном объёме не решена задача анализа данных конструкций и их функционирования, как этапа синтеза, т.е. задача определения характеристик формируемого потока вторичных электронов при заданных геометрии и потенциалах системы.

Задача создания средств высокоадекватного автоматизированного анализа процессов в многоканальном умножителе и прилегающих областях изделий применения весьма актуальна и подразумевает моделирование однородных и неоднородных электрических полей в объеме канала различной формы сечения с учетом соответствующих граничных условий, обусловленных особенностями изделий применения, а также в зазорах фотокатод - пластина и пластина - катодолюминесцентный экран; моделирование поведения электронов в условиях данных полей; моделирование процессов взаимодействия первичных электронов с резистивно-эмиссионным слоем канала и эмиссии вторичных электронов в соответствии с положениями теории; обработку результатов исследований.

Цель работы состоит в создании комплекса методов, моделей, алгоритмов и программных средств проектирования и исследования изделий вакуумной электроники с вторично-эмиссионным канальным умножением на примере микроканальной пластины, а также проведение расчётов траекторий движения электронов в электрическом поле в различных каналах и прилегающих областях специальных устройств (ЭОП), работающих в разных режимах.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- осуществление критического анализа известных математических моделей канальных электронных умножителей, определение проблем и направлений их развития;

- разработка алгоритма автоматизированного проектирования канального умножителя с учётом необходимых требований и целевых задач;

- разработка математических моделей электрических полей в объёме каналов с учётом формы их сечения, особенностей конструкции, а также граничных условий на примере микроканальной пластины, как системообразующей единицы специальных устройств;

- разработка математической модели траекторий движения электронов в каналах и прилегающих областях специального устройства;

- проведение программной реализации разработанных средств;

- моделирование процессов электронного усиления в различных каналах, а также энергетических и угловых распределений электронов, вылетающих из каналов;

- моделирование явления токового насыщения в канале;


загрузка...