بررسی و بهینه‌سازی پرتو تفنگ الکترونی، بر پایۀ نتایج تجربی و شبیه‌سازی

امروزه با گسترش کاربرد لایه‌های نازک در صنعت و علوم پزشکی، روش‌های تولید آنها نیز مورد توجه قرار گرفته‌ است. یکی از آن روش‌ها، روش تبخیر مواد به کمک تفنگ الکترونی است. مهم‌ترین بخش در تفنگ الکترونی، اپتیک الکترون است که وظیفۀ تولید و شتابدهی به الکترون را به عهده دارد؛ به طوری که با اصلاح و کنترل هر چه بهتر ویژگی‌های پرتو الکترونی (شکل و قطر پرتو) در محل هدف، امکان تبخیر مواد دیرگداز در مدت زمان کوتاه‌تر ممکن می‌شود. کاهش و کنترل قطر پرتو در این منبع تبخیر به پارامترهای مختلفی از جمله هندسۀ دستگاه، شدت میدان مغناطیسی، توان الکتریکی و... وابسته است. از این‎رو در این کار پژوهشی با انجام آزمایش‌های تجربی و استفاده از نرم افزارهای المان محدود و مدل‌سازی به بررسی اثر آن پارامترها پرداخته شد. نتایج حاصل از شبیه‌سازی نشان داد که اثر پارامترهای موثر بر قطر پرتو تا حد خوبی قابل پیش‌بینی است و می‌توان با تغییر در شکل هندسی، ابعاد و موقعیت اجزای تفنگ الکترونی ، قطر پرتو الکترونی را کاهش داد. در ادامه با اعمال این تغییرات در ساخت دستگاه و انجام آزمایش‌های تجربی، تفنگ الکترونی جدید در مقایسه با نمونۀ اولیه موجود، بهینه و قطر پرتو آن با %40 کاهش، متمرکزتر شد‏.

investigation and optimization of electron gun beam, based on simulation and experimental results

nowadays, by expanding the application of thin layers in industry and medical sciences, their fabrication methods have also received attention. one of those methods is the vaporizing material method with the help of an electron gun. the most important part in the electron gun is the electron optic, which is responsible for producing and accelerating electrons, so that it becomes possible to vaporize refractory materials in a shorter period of time by better modifying and controlling the electron beam (the shape and diameter of the electron beam) at the target location. the reduction and control of the beam diameter in this evaporation source depends on various parameters such as device geometry, magnetic field intensity, electric power, etc. therefore, in this research, the effect of those parameters was investigated by conducting experiments and using finite element and modeling software. the simulation results revealed that the effect of the effective parameters on the beam diameter can be predicted to a good extent, so that the diameter of the electron beam decreases by changing the geometrical shape, size and displacement of the output beam components. then, the new electron gun, compared to the existing prototype, is optimized by applying these changes in the construction of the device and conducting experiments, and its beam diameter is reduced by 40% to be more focused.