RU2776305C1 - Pulse magnetron with non-incandescent start with a three-module active body in the cathode unit - Google Patents
Pulse magnetron with non-incandescent start with a three-module active body in the cathode unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2776305C1 RU2776305C1 RU2021134916A RU2021134916A RU2776305C1 RU 2776305 C1 RU2776305 C1 RU 2776305C1 RU 2021134916 A RU2021134916 A RU 2021134916A RU 2021134916 A RU2021134916 A RU 2021134916A RU 2776305 C1 RU2776305 C1 RU 2776305C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- emitter
- palladium
- incandescent
- magnetron
- field
- Prior art date
Links
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 8
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 abstract 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract 3
- 239000012190 activator Substances 0.000 abstract 2
- -1 iridium-lanthanum Chemical compound 0.000 abstract 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract 2
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 210000003135 Vibrissae Anatomy 0.000 abstract 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 abstract 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 abstract 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium(0) Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 abstract 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 abstract 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 abstract 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике и предназначено для использования в приборах СВЧ М-типа, в частности в малогабаритных импульсных магнетронах с безнакальным запуском.The invention relates to electronic engineering and is intended for use in M-type microwave devices, in particular in small-sized pulsed magnetrons with non-incandescent start.
Известен магнетрон [1], являющийся первым аналогом данного изобретения. В этом магнетроне автоэлектронные эмиттеры с активаторами размещены непосредственно на концевых экранах катодных узлов, а вторично-электронный эмиттер, в виде протяженной цилиндрической втулки, помещен между этими экранами. Основным недостатком этого магнетрона является риск быстрого разрушения автоэлектронных эмиттеров под воздействием ионной бомбардировки при ухудшении вакуумного состояния в приборе, т.е. при увеличении давления остаточных газов с Р ~ 5⋅10-6 Па до Р ~ 1⋅10-4 Па и выше. Это связано с тем, что в течение длительности модулирующего импульса напряжения вокруг вторично-электронного эмиттера формируется пространственный заряд в виде спицы, который экранирует активное тело катодного узла от разрушающего действия ионной и обратной электронной бомбардировок. Так как диаметр экрана, как правило, на 20-30% превышает диаметр вторично-электронного эмиттера, автоэлектронные эмиттеры, непосредственно находящиеся на экране, могут не экранироваться пространственным зарядом и, как следствие, разрушаться под воздействием ионной бомбардировки.Known magnetron [1], which is the first analogue of this invention. In this magnetron, autoelectronic emitters with activators are placed directly on the end screens of the cathode units, and the secondary electron emitter, in the form of an extended cylindrical sleeve, is placed between these screens. The main disadvantage of this magnetron is the risk of rapid destruction of field emitters under the influence of ion bombardment when the vacuum state in the device deteriorates, i.e. when the pressure of residual gases increases from P ~ 5⋅10 -6 Pa to P ~ 1⋅10 -4 Pa and higher. This is due to the fact that during the duration of the modulating voltage pulse, a space charge in the form of a spoke is formed around the secondary electron emitter, which shields the active body of the cathode assembly from the destructive effect of ion and reverse electron bombardment. Since the screen diameter, as a rule, exceeds the diameter of the secondary electron emitter by 20–30%, the field emitters located directly on the screen may not be screened by the space charge and, as a result, be destroyed under the influence of ion bombardment.
Известен магнетрон [2], являющийся вторым аналогом данного изобретения. В этом магнетроне активное тело катодного узла состоит из чередующихся автоэлектронных эмиттеров и вторично-электронных прессованных палладий-бариевых эмиттеров, которые одновременно являются активаторами автоэлектронных эмиттеров. Основным недостатком этого магнетрона является крайне низкая величина допустимой температуры катодного узла, которая заключается в следующем: при достижении температуры на катодном узле 950-970°С и выше, в объеме и на поверхности палладий-бариевых вторично-электронных эмиттеров происходят необратимые физико-химические процессы, приводящие, с одной стороны, к изменению структуры и элементного состава, из-за чего ухудшаются как вторично-эмиссионные свойства эмиттеров, так и их способность стабильно активировать автоэлектронные эмиттеры.Known magnetron [2], which is the second analogue of this invention. In this magnetron, the active body of the cathode unit consists of alternating field-electron emitters and secondary-electron pressed palladium-barium emitters, which are simultaneously activators of field-electron emitters. The main disadvantage of this magnetron is the extremely low value of the allowable temperature of the cathode node, which is as follows: when the temperature at the cathode node reaches 950-970 ° C and above, irreversible physical and chemical processes occur in the volume and on the surface of the palladium-barium secondary electron emitters , leading, on the one hand, to a change in the structure and elemental composition, due to which both the secondary emission properties of emitters and their ability to stably activate field emitters deteriorate.
С другой стороны, перегрев вторично-электронных эмиттеров обуславливает изменение геометрических размеров эмиттеров вплоть до образования на них бочкообразного профиля (фиг. 1), что приводит к перераспределению и искажению электрического поля в пространстве взаимодействия магнетрона и, соответственно, ухудшению частотных, мощностных и др. эксплуатационных параметров приборов.On the other hand, overheating of the secondary electron emitters causes a change in the geometric dimensions of the emitters up to the formation of a barrel-shaped profile on them (Fig. 1), which leads to a redistribution and distortion of the electric field in the magnetron interaction space and, accordingly, a deterioration in frequency, power, etc. operating parameters of devices.
Известен также магнетрон с безнакальным катодом [3], являющийся прототипом данного изобретения.Also known is a magnetron with a non-incandescent cathode [3], which is the prototype of this invention.
В этом магнетроне активное тело катодного узла состоит из чередующихся автоэлектронных эмиттеров, изготовленных из танталовой фольги толщиной 4 мкм, активаторов автоэлектронного эмиттера, выполненных из смеси палладия с барием методами порошковой технологии и вторично-электронных эмиттеров, изготовленных также из палладия с барием методами порошковой технологии, но отличающиеся от активаторов своей пористостью. В качестве вторично-электронных эмиттеров в катодном узле прототипа могут быть использованы эмиттеры, выполненные из смеси порошков платины с барием, иридия с лантаном, осмия с барием и др. порошками металлов платиновой группы с интерметаллическими соединениями этих же металлов с РЗМ.In this magnetron, the active body of the cathode unit consists of alternating field emitters made of tantalum foil 4 μm thick, field emitter activators made of a mixture of palladium and barium using powder technology methods, and secondary electron emitters also made of palladium and barium using powder technology methods, but differ from activators in their porosity. As secondary electron emitters in the cathode assembly of the prototype, emitters made from a mixture of powders of platinum with barium, iridium with lanthanum, osmium with barium and other powders of platinum group metals with intermetallic compounds of the same metals with REM can be used.
Во время откачки магнетронов с описанными выше катодными узлами производится специальное активирование, в результате чего на торцевой поверхности автоэлектронных эмиттеров формируется структура из палладиевых вискеров, покрытых кристаллитами оксида бария, которые, собственно, во время действия модулирующего импульса напряжения создают в пространстве взаимодействия магнетрона автоэлектронный ток, инициирующий начало генерации СВЧ колебаний (фиг. 2; 3). Однако подобная конструкция катодного узла имеет следующие основные недостатки:During pumping out of magnetrons with the cathode units described above, a special activation is performed, as a result of which a structure of palladium whiskers coated with barium oxide crystallites is formed on the end surface of the field emitters, which, in fact, during the action of the modulating voltage pulse create a field current in the magnetron interaction space, initiating the beginning of the generation of microwave oscillations (Fig. 2; 3). However, this design of the cathode assembly has the following main disadvantages:
- вторично-электронные эмиттеры, выполненные из палладия с барием, независимо от своей пористости, подвержены изменениям структуры, элементного состава и геометрических размеров в результате перегрева под воздействием бомбардировки обратными электронами;- secondary electron emitters made of palladium with barium, regardless of their porosity, are subject to changes in the structure, elemental composition and geometric dimensions as a result of overheating under the influence of back electron bombardment;
- отсутствие защитных вольфрамовых шайб между эмиттерами обуславливает взаимную диффузию компонентов, входящих в состав этих эмиттеров с образованием различных комплексов с совершенно новыми, непредсказуемыми и практически не изученными физико-химическими и механическими свойствами, которые негативно могут отразиться в стабильности электрических параметров мощных магнетронов с безнакальным запуском в процессе срока службы.- the absence of protective tungsten washers between the emitters causes mutual diffusion of the components that make up these emitters with the formation of various complexes with completely new, unpredictable and practically unexplored physical, chemical and mechanical properties, which can negatively affect the stability of the electrical parameters of high-power magnetrons with a non-incandescent start during the service life.
Таким образом, целью данного изобретения является повышение надежности и стабильности эксплуатационных параметров магнетронов с безнакальным катодом, а также существенное расширение диапазона допустимых температур катодного узла, использование которых позволит создать магнетроны с безнакальным запуском с импульсной мощностью в десятки раз превышающие мощность серийно-выпускаемых приборов с безнакальным катодом, т.е. позволит создать магнетроны с импульсной мощностью в несколько сотен киловатт, вместо достигнутых к настоящему времени мощностей порядка 20-25 киловатт.Thus, the purpose of this invention is to increase the reliability and stability of the operating parameters of magnetrons with a non-incandescent cathode, as well as a significant expansion of the range of allowable temperatures of the cathode unit, the use of which will make it possible to create magnetrons with non-incandescent start with a pulse power ten times higher than the power of mass-produced devices with non-incandescent cathode, i.e. will make it possible to create magnetrons with a pulsed power of several hundred kilowatts, instead of the powers of the order of 20-25 kilowatts achieved so far.
Цель изобретения достигается за счет того, что в импульсном магнетроне с безнакальным запуском, включающем анод и коаксиально размещенный внутри него катодный узел, содержащий не менее одного палладий-бариевого вторично-электронного эмиттера, не менее одного автоэлектронного эмиттера с палладиевыми вискерами на своей поверхности и не менее одного активатора, активное тело катодного узла содержит не менее одного автоэмиссионного блока, ответственного за формирование в пространстве взаимодействия магнетрона автоэлектронной эмиссии, инициирующей начало генерации, и состоящего из автоэлектронного эмиттера с двумя активаторами, симметрично размещенными по обеим сторонам автоэлектронного эмиттера, не менее одного вторично-электронного эмиттера, ответственного за поддержание режима генерации в течение длительности модулирующего импульса и всего срока службы прибора, а также защитные вольфрамовые шайбы, разделяющие каждый эмиттер в активном тела катодного узла.The purpose of the invention is achieved due to the fact that in a pulsed magnetron with a non-incandescent start, including an anode and a cathode assembly coaxially placed inside it, containing at least one palladium-barium secondary electron emitter, at least one field emitter with palladium whiskers on its surface and not less than one activator, the active body of the cathode assembly contains at least one field emission block responsible for the formation of a field emission magnetron in the interaction space, which initiates the start of generation, and consists of a field emitter with two activators symmetrically placed on both sides of the field emitter, at least one secondary - an electronic emitter responsible for maintaining the generation mode during the duration of the modulating pulse and the entire service life of the device, as well as protective tungsten washers separating each emitter in the active body of the cathode assembly.
Для мощных магнетронов автоэлектронный эмиттер может быть изготовлен из танталовой фольги толщиной 4-10 мкм, у которого кромка выступает над поверхностью вторично-электронного эмиттера на расстоянии 80-200 мкм, а активатор представляет собой шайбу толщиной 0,1-0,3 мм с диаметром, равным диаметру вторично-электронного эмиттера, изготовленную из палладия или палладий-содержащего материала, например, из пластин сплава палладия с барием с содержанием бария 1,2-2,5% вес. или шайбу, изготовленную методами порошковой технологии из смеси порошков палладия с фазой Pd5Ba с массовым содержанием бария в количестве 1-20% вес. и спеченную в вакууме при давлении остаточных газов не более 1⋅10-3 Па при температуре 1050-1100°С в течение 100-120 мин.For high-power magnetrons, the autoelectronic emitter can be made of tantalum foil 4–10 µm thick, in which the edge protrudes above the surface of the secondary electron emitter at a distance of 80–200 µm, and the activator is a washer 0.1–0.3 mm thick with a diameter , equal to the diameter of the secondary electron emitter, made of palladium or palladium-containing material, for example, from plates of an alloy of palladium with barium with a barium content of 1.2-2.5% by weight. or a washer made by powder technology methods from a mixture of palladium powders with a Pd 5 Ba phase with a mass content of barium in an amount of 1-20% by weight. and sintered in vacuum at a residual gas pressure of not more than 1⋅10 -3 Pa at a temperature of 1050-1100°C for 100-120 minutes.
Палладиевые вискеры на торцевой поверхности автоэлектронного эмиттера имеют размеры в сечении 10-50 нм и длину 100-500 нм. Эти вискеры формируются на поверхности автоэлектронного эмиттера во время откачки магнетрона в результате активирования катодного узла при температуре 950-970°С в течение 90-120 мин во внешнем электрическом поле при разности потенциалов между анодом и активным телом катодного узла U=100-500 B, а также во время тренировки магнетрона в генераторном режиме.Palladium whiskers on the end surface of the field emitter have a cross section of 10-50 nm and a length of 100-500 nm. These whiskers are formed on the surface of the field emitter during pumping out of the magnetron as a result of activation of the cathode unit at a temperature of 950-970°C for 90-120 min in an external electric field at a potential difference between the anode and the active body of the cathode unit U=100-500 V, as well as during the training of the magnetron in the generator mode.
Поверхность вискеров частично или полностью покрывается кристаллитами оксидов редкоземельных металлов, которые содержатся в материалах активатора и вторично-электронного эмиттера и которые переносятся из них на поверхность вискеров во время активирования катодного узла при откачке прибора и при работе магнетрона в генераторном режиме.The surface of the whiskers is partially or completely covered with crystallites of oxides of rare earth metals, which are contained in the materials of the activator and the secondary electron emitter and which are transferred from them to the surface of the whiskers during the activation of the cathode unit during pumping out of the device and during the operation of the magnetron in the generator mode.
Вторично-электронный эмиттер со стабильными вторично-электронными свойствами, обладающий высокой устойчивостью к перегревам и к деградирующему воздействию ионной и электронной бомбардировок, представляет собой цилиндрическую втулку протяженностью 0,5-2,5 мм, полученную пропиткой вольфрамовой губки с пористостью 20-30% совместно-осажденным алюминатом бария-кальция состава 2,5 ВаО⋅0,5СаО⋅Al2O3 или 3,0 ВаО⋅0,5СаО⋅Al2O3, или 4,0 ВаО⋅СаО⋅Al2O3 при температуре 1750-1800°С в среде водорода с точкой росы не менее -60°С.The secondary electron emitter with stable secondary electronic properties, highly resistant to overheating and to the degrading effects of ion and electron bombardment, is a cylindrical bushing 0.5–2.5 mm long, obtained by impregnating a tungsten sponge with a porosity of 20–30% together. - precipitated barium-calcium aluminate composition 2.5 BaO⋅0.5CaO⋅Al 2 O 3 or 3.0 BaO⋅0.5CaO⋅Al 2 O 3 , or 4.0 BaO⋅CaO⋅Al 2 O 3 at a temperature of 1750 -1800°C in a hydrogen environment with a dew point of at least -60°C.
Вторично-электронный эмиттер может быть также изготовлен методами порошковой технологии из смеси порошков никеля с агломератами мелкодисперсного никеля, покрытых слоем тройного карбоната бария-стронция-кальция толщиной 20-30 мкм с общим содержанием тройного карбоната в количестве 5-15% вес., прокаленными в среде водорода с точкой росы не менее -60°С, при температуре 1100-1150°С в течение 15-25 мин с последующей стабилизацией в среде углекислого газа с точкой росы -45 - -60°С [4].The secondary electron emitter can also be fabricated by powder technology from a mixture of nickel powders with fine nickel agglomerates coated with a layer of triple barium-strontium-calcium carbonate 20-30 µm thick with a total content of triple carbonate in the amount of 5-15% by weight, calcined in hydrogen environment with a dew point of at least -60°C, at a temperature of 1100-1150°C for 15-25 min, followed by stabilization in a carbon dioxide environment with a dew point of -45 - -60°C [4].
Вторично-электронный эмиттер может быть также изготовлен методами порошковой технологии из смеси порошков платины с фазой Pt5Ba с массовым содержанием бария в количестве 1,5-10% вес., или смеси порошков иридия с фазой Ir2La с содержанием лантана 2-5% вес., или смеси порошков иридия с фазой Ir2Ce с содержанием церия 2-5% вес.The secondary electron emitter can also be made by powder technology from a mixture of platinum powders with a Pt 5 Ba phase with a mass content of barium in an amount of 1.5-10 wt%, or a mixture of iridium powders with an Ir 2 La phase with a lanthanum content of 2-5 % wt., or a mixture of powders of iridium with a phase of Ir 2 Ce with a cerium content of 2-5% wt.
Сущность изобретения поясняется чертежами:The essence of the invention is illustrated by drawings:
Фиг. 1. Фрагмент типового двухмодульного катодного узла магнетрона с безнакальным запуском после нагрева при температуре температуре Т~980°С в течение 60 мин. (Δ~0,1 мм).Fig. 1. Fragment of a typical two-module magnetron cathode unit with non-incandescent start after heating at a temperature of T~980°C for 60 min. (Δ~0.1mm).
Фиг. 2. Микрография фрагмента автоэлектронного эмиттера магнетрона с безнакальным запуском со структурой из вискеров при увеличении М~1000х. Ориентировочные размеры вискеров: в сечении ~10×50 нм, длиной ~100-500 нм.Fig. Fig. 2. Micrograph of a fragment of a field-electron emitter of a magnetron with a non-incandescent start-up with a structure of whiskers at a magnification of M ~ 1000x . Approximate dimensions of whiskers: ~10×50 nm in cross section, ~100-500 nm long.
Фиг. 3. Микрофотография фрагмента торцевой поверхности автоэлектронного эмиттера с вискерами при увеличении М~70000х.Fig. 3. Micrograph of a fragment of the end surface of a field emitter with whiskers at a magnification of M ~ 70,000 x .
Фиг. 4. Схематичное изображение конструкции трехмодульного катодного узла магнетрона с безнакальным запуском.Fig. 4. Schematic representation of the design of a three-module cathode assembly of a magnetron with a non-incandescent start.
Фиг. 5 График зависимости спада тока автоэлектронной эмиссии от времени при полном отсутствии активирования (нагрева) КПУ.Fig. 5 Graph of the dependence of the decay of the field emission current on time in the complete absence of activation (heating) of the CPU.
На фиг. 4 приняты следующие обозначения: 1 - анод, 2 - керн, 3 - технологический подогреватель, 4 - экран, 5 - автоэмиссионный блок, 6 - вторично-электронный эмиттер, 7 - автоэлектронный эмиттер, 8 - активатор, 9 - защитная шайба.In FIG. 4, the following designations are accepted: 1 - anode, 2 - core, 3 - process heater, 4 - screen, 5 - field emission unit, 6 - secondary electron emitter, 7 - field emitter, 8 - activator, 9 - protective washer.
Кратко о процессах, происходящих в пространстве взаимодействия магнетрона.Briefly about the processes occurring in the space of magnetron interaction.
После включения модулирующего напряжения, эмитированные с автоэлектронных эмиттеров электроны, устремляются к аноду вдоль силовых линий электрического поля, но под воздействием магнитного поля меняют направление. При этом часть электронов, бомбардируя вторично-электронный эмиттер, инициирует эмиссию вторичных электронов. В совокупности электроны создают в пространстве взаимодействия магнетрона электронную спицу, вращающуюся вокруг вторично-электронного эмиттера. Взаимодействие этого электронного потока с высокочастотным полем обуславливает генерацию СВЧ-колебаний.After the modulating voltage is turned on, the electrons emitted from the field emitters rush to the anode along the electric field lines, but change direction under the influence of the magnetic field. In this case, a part of the electrons, bombarding the secondary electron emitter, initiates the emission of secondary electrons. Together, the electrons create an electron spoke in the interaction space of the magnetron, rotating around the secondary electron emitter. The interaction of this electron flow with a high-frequency field causes the generation of microwave oscillations.
Измерение тока автоэлектронной эмиссии проводилось в импульсном режиме при пиковом анодном напряжении Ua=4500±20 В, скважности 1000, длительности импульса 0,5 мкс и давлении остаточных газов в магнетроне Р≤5⋅10-6 Па.The measurement of the field emission current was carried out in a pulsed mode at a peak anode voltage Ua=4500±20 V, a duty cycle of 1000, a pulse duration of 0.5 μs, and a pressure of residual gases in the magnetron P≤5⋅10 -6 Pa.
1 - для магнетрона типа М-1 с безнакальным запуском с трехмодульным катодным узлом. Координаты характеристической точки х1 [2000 с; 37 мА].1 - for an M-1 type magnetron with a non-incandescent start with a three-module cathode assembly. Coordinates of the characteristic point x 1 [2000 s; 37 mA].
2 - для магнетрона типа М-1 с безнакальным запуском с двухмодульным катодным узлом. Координаты характеристической точки х2 [300 с; 17 мА].2 - for magnetron type M-1 with non-incandescent start with a two-module cathode assembly. Coordinates of the characteristic point x 2 [300 s; 17 mA].
Практическая реализация предложенной конструкции трехмодульного активного тела катодного узла обеспечила достижение стабильных эксплуатационных параметров магнетронов с безнакальным запуском.The practical implementation of the proposed design of the three-module active body of the cathode assembly ensured the achievement of stable operating parameters of magnetrons with a non-incandescent start.
Пример 1.Example 1
1. Изготовлен и испытан магнетрон с безнакальным запуском М-1 с трехмодульным катодным узлом (фиг. 4), состоявшим из трех автоэмиссионных блоков и двух вторично-электронных эмиттеров. В качестве материала автоэлектронного эмиттера использовалась танталовая фольга толщиной 4 мкм, в качестве активаторов- прессованные палладий-бариевые шайбы толщиной 0,2 мм, а в качестве вторично-электронных эмиттеров-вольфрам-алюминатные эмиттеры протяженностью 0,8 мм с коэффициентом вторичной электронной эмиссии σmax~3,4-3,6. (у палладий-бариевого катодного материала σmax~2,2-2,4).1. A magnetron with a non-incandescent start M-1 with a three-module cathode assembly (Fig. 4), consisting of three field emission blocks and two secondary electron emitters, was manufactured and tested. As the material of the field emitter, tantalum foil 4 μm thick was used, pressed palladium-barium washers 0.2 mm thick were used as activators, and tungsten-aluminate emitters 0.8 mm long with a coefficient of secondary electron emission σ were used as secondary electron emitters. max ~3.4-3.6. (for palladium-barium cathode material σ max ~2.2-2.4).
2. На поверхности автоэлектронных эмиттеров была сформирована четкая структура из вискеров, аналогичная структуре на фиг. 2; 3.2. A distinct structure of whiskers was formed on the surface of the field emitters, similar to the structure in FIG. 2; 3.
3. При прокалке катодного узла вплоть до температуры 1050-1070°С в течение 60 мин какие-либо изменения геометрических размеров вторично-электронных эмиттеров зафиксированы не были.3. During the calcination of the cathode assembly up to a temperature of 1050–1070°C for 60 min, no changes in the geometric dimensions of the secondary electron emitters were recorded.
4. При исследовании магнетрона с подобным трехмодульным катодным узлом были получены стабильные, существенно более высокие автоэмиссионные параметры в сравнении с серийно-выпускаемыми магнетронами со стандартными двухмодульными узлами на основе прессованных палладий-бариевых вторично-электронных эмиттеров.4. When studying a magnetron with a similar three-module cathode assembly, stable, significantly higher field emission parameters were obtained in comparison with commercially available magnetrons with standard two-module assemblies based on pressed palladium-barium secondary electron emitters.
В частности, координаты характеристической точки перегиба кривой зависимости спада тока автоэлектронной эмиссии и установившийся уровень тока автоэлектронной эмиссии, которые измерялись в импульсном режиме при пиковом анодном напряжении 4500 В, скважности 1000, длительности импульсов напряжения 0,5 мкс и давлении остаточных газов в магнетроне Р≤5⋅10-6 Па следующие:In particular, the coordinates of the characteristic inflection point of the dependence curve of the decay of the field emission current and the steady level of the field emission current, which were measured in a pulsed mode at a peak anode voltage of 4500 V, a duty cycle of 1000, a voltage pulse duration of 0.5 μs, and a pressure of residual gases in the magnetron P≤ 5⋅10 -6 Pa are as follows:
1) у магнетрона с трехмодульным катодным узлом х1 [2000 с; 37 мА]1) for a magnetron with a three-module cathode unit x 1 [2000 s; 37 mA]
Т.е. спад тока автоэлектронной эмиссии до уровня 37 мА (асимптоты графика функции) происходило за 2000 с или за 33,3 мин.Those. the decay of the field emission current to the level of 37 mA (asymptotes of the graph of the function) occurred in 2000 s or 33.3 min.
2) у магнетрона с двухмодульным катодным узлом х2 [300 с; 17 мА]2) for a magnetron with a two-module cathode assembly x 2 [300 s; 17 mA]
- спад тока автоэлектронной эмиссии до уровня 17 мА, что более, чем вдвое меньше предыдущей, происходит за 300 с или всего лишь за 5 мин.- the decay of the field emission current to the level of 17 mA, which is more than half the previous one, occurs in 300 s or only 5 min.
3) у магнетрона с трехмодульным катодным узлом флуктуации СВЧ колебаний на переднем фронте модулирующего импульса не превысила величины τ~1 мкс, в то время как у магнетронов с типовым двухмодульным узлом флуктуации, как правило, достигают величины τ~3-4 мкс (при предельно-допустимых значениях τ≤5 мкс).3) for a magnetron with a three-module cathode unit, fluctuations of microwave oscillations at the leading edge of the modulating pulse did not exceed τ ~ 1 μs, while for magnetrons with a typical two-module cathode unit, fluctuations, as a rule, reach a value of τ ~ 3-4 μs (at limiting -admissible values τ≤5 µs).
Таким образом, применение трехмодульного катодного узла позволило существенно улучшить частотные характеристики магнетрона М-1 с безнакальным запуском.Thus, the use of a three-module cathode unit made it possible to significantly improve the frequency characteristics of the M-1 magnetron with a non-incandescent start.
Пример 2.Example 2
В мощном импульсном магнетроне с накаливаемым катодом с диапазоном импульсной мощности 100-150 кВт при напряжении анода Ua=18 кВ и временем готовности 3 мин. произведена замена накаливаемого катода, представляющего собой втулку из пористого вольфрама, пропитанного алюминатом бария-кальция, на трехмодульный катодный узел, состоящий из чередующихся трех вторично-электронных эмиттеров с двумя автоэмиссионными блоками, каждый из которых изготовлен из танталового автоэлектронного эмиттера толщиной 10 мкм и двух активаторов толщиной 0,2 мм из палладий-бариевого катодного материала (фиг. 4). В качестве вторично-электронных эмиттеров использовались втулки из вольфрамовой губки пористостью 28±1%, пропитанные совместно осажденным алюминатом бария-кальция с привесом активного вещества ~8,5%.In a powerful pulsed magnetron with an incandescent cathode with a pulse power range of 100-150 kW at anode voltage Ua=18 kV and a readiness time of 3 min. an incandescent cathode, which is a sleeve made of porous tungsten impregnated with barium-calcium aluminate, was replaced with a three-module cathode assembly consisting of three alternating secondary electron emitters with two field emission blocks, each of which is made of a tantalum field emitter 10 μm thick and two activators 0.2 mm thick from palladium-barium cathode material (Fig. 4). Bushings made of tungsten sponge with a porosity of 28 ± 1 % impregnated with co-deposited barium-calcium aluminate with an active substance gain of ~8.5% were used as secondary electron emitters.
Полученные результаты, положительные. Причем импульсная мощность составила 140 кВт, а время готовности магнетрона τ~0,3÷0,5 с. Электрические параметры магнетрона (по мощности, частотным характеристикам, времени готовности и др.) полностью соответствуют техническим условиям на магнетроны с безнакальным запуском.The results obtained are positive. Moreover, the pulse power was 140 kW, and the magnetron readiness time was τ~0.3÷0.5 s. The electrical parameters of the magnetron (in terms of power, frequency characteristics, readiness time, etc.) fully comply with the specifications for magnetrons with a non-incandescent start.
Таким образом, выполненные работы показали, что трехмодульные катодные узлы, являющиеся предметом изобретения, могут быть успешно использованы при проектировании и серийном выпуске самых разнообразных импульсных магнетронов с безнакальным запуском с импульсной мощностью от единиц киловатт до нескольких сотен киловатт.Thus, the work performed has shown that three-module cathode assemblies, which are the subject of the invention, can be successfully used in the design and serial production of a wide variety of pulsed magnetrons with a non-incandescent start with a pulsed power from a few kilowatts to several hundreds of kilowatts.
Источники информацииSources of information
1. Ли И.П., Скрипкин Н.И., Поливникова О.В., Лифанов Н.Д., Комиссарчик С.В., Каширина Н.В., Силаев А.Д., Поляков B.C. Магнетрон с запускающими автоэлектронными эмиттерами на концевых экранах катодных узлов//Патент РФ на изобретение №2538780, приоритет изобретения 22 июля 2013 г.1. Li I.P., Skripkin N.I., Polivnikova O.V., Lifanov N.D., Komissarchik S.V., Kashirina N.V., Silaev A.D., Polyakov B.C. Magnetron with triggering autoelectronic emitters on the end screens of the cathode units // Patent of the Russian Federation for the invention No. 2538780, priority of the invention on July 22, 2013
2. Ли И.П., Дюбуа Б.Ч., Каширина Н.В., Комиссарчик С.В., Лифанов Н.Д., Зыбин М.Н. Магнетрон с безнакальным катодом//Патент РФ на изобретение №2380784, приоритет изобретения 24 октября 2008 г.2. Li I.P., Dubois B.Ch., Kashirina N.V., Komissarchik S.V., Lifanov N.D., Zybin M.N. Magnetron with a non-incandescent cathode // Patent of the Russian Federation for the invention No. 2380784, priority of the invention October 24, 2008
3. Ли И.П., Комиссарчик С.В., Лифанов Н.Д. Магнетрон с безнакальным запуском со специальным активированием автоэлектронных катодов//Патент РФ на изобретение №2494489, приоритет изобретения 10 февраля 2012 г.3. Li I.P., Komissarchik S.V., Lifanov N.D. Magnetron with non-incandescent start with special activation of field-electron cathodes//RF Patent for the invention No. 2494489, priority of the invention on February 10, 2012
4. Ли И.П., Бажанов Ф.В., Калушин С.В., Леденцова Н.Е., Каширина Н.В. Магнетрон с прессованным оксидно-никелевым катодом//Патент РФ на изобретение №2579006, приоритет изобретения 24 ноября 2014 г.4. Li I.P., Bazhanov F.V., Kalushin S.V., Ledentsova N.E., Kashirina N.V. Magnetron with a pressed nickel oxide cathode // Patent of the Russian Federation for the invention No. 2579006, invention priority November 24, 2014
Claims (7)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2776305C1 true RU2776305C1 (en) | 2022-07-18 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6388379B1 (en) * | 1998-01-08 | 2002-05-14 | Northrop Grumman Corporation | Magnetron having a secondary electron emitter isolated from an end shield |
| JP2005056785A (en) * | 2003-08-07 | 2005-03-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Magnetron |
| RU2380784C1 (en) * | 2008-10-24 | 2010-01-27 | Открытое акционерное общество "Плутон" (ОАО "Плутон") | Magnetron with non-filament cathode |
| JP4876471B2 (en) * | 2005-08-02 | 2012-02-15 | パナソニック株式会社 | Field electron emission source and magnetron and microwave application apparatus using the same |
| RU2494489C1 (en) * | 2012-02-10 | 2013-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Плутон Инвест" | Magnetron with selfheated startup with special activation of field-emission cathodes |
| RU2538780C1 (en) * | 2013-07-22 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Плутон" (ОАО "Плутон") | Magnetron with starting auto electronic emitters on end shields of cathode units |
| EP2747118B1 (en) * | 2012-12-19 | 2017-01-11 | Thales | Cathode for electromagnetic wave generator with mutually mobile regions |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6388379B1 (en) * | 1998-01-08 | 2002-05-14 | Northrop Grumman Corporation | Magnetron having a secondary electron emitter isolated from an end shield |
| JP2005056785A (en) * | 2003-08-07 | 2005-03-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Magnetron |
| JP4876471B2 (en) * | 2005-08-02 | 2012-02-15 | パナソニック株式会社 | Field electron emission source and magnetron and microwave application apparatus using the same |
| RU2380784C1 (en) * | 2008-10-24 | 2010-01-27 | Открытое акционерное общество "Плутон" (ОАО "Плутон") | Magnetron with non-filament cathode |
| RU2494489C1 (en) * | 2012-02-10 | 2013-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Плутон Инвест" | Magnetron with selfheated startup with special activation of field-emission cathodes |
| EP2747118B1 (en) * | 2012-12-19 | 2017-01-11 | Thales | Cathode for electromagnetic wave generator with mutually mobile regions |
| RU2538780C1 (en) * | 2013-07-22 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Плутон" (ОАО "Плутон") | Magnetron with starting auto electronic emitters on end shields of cathode units |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7474042B2 (en) | Magnetron with graphite nano-fibers on cathode | |
| Martin et al. | Stable, high density field emission cold cathode | |
| US2842706A (en) | Cold cathode vacuum tube | |
| Ives et al. | Controlled-porosity cathodes for high-current-density applications | |
| US3239745A (en) | Low temperature thermionic energy converter | |
| KR100711943B1 (en) | Discharge tube | |
| RU2776305C1 (en) | Pulse magnetron with non-incandescent start with a three-module active body in the cathode unit | |
| US10916919B2 (en) | Krypton-85-free spark gap with a discharge probe | |
| Žumer et al. | Breakdown voltage reliability improvement in gas-discharge tube surge protectors employing graphite field emitters | |
| KR100216657B1 (en) | Magnetron | |
| Liu et al. | Research on an improved explosive emission cathode | |
| RU2051439C1 (en) | Magnetron | |
| RU2115193C1 (en) | Magnetron | |
| US2412842A (en) | Electronic discharge cathode | |
| EP0042746A2 (en) | Fluorescent lighting system | |
| Wernsman et al. | Generation of pulsed electron beams by simple cold cathode plasma guns | |
| US2686735A (en) | Cathode material | |
| RU209870U1 (en) | Vacuum neutron tube | |
| Kuznetsov | Cathodes for electron guns | |
| RU2505882C1 (en) | Composition of material for making electrodes of low-temperature plasma generators | |
| JP4424941B2 (en) | Perforated sintered electrode | |
| US3293476A (en) | Electrode assembly for an electron discharge device made from a material having a low carbon content | |
| JPWO2002049072A1 (en) | Direct heat type electrode for gas discharge tube | |
| Zhuravlev et al. | Study of Miniature Ku-Band Multiple-Beam Klystron with Built-in Shadow Grid of High-Density Pyrolytic Graphite | |
| JPS5949149A (en) | Plasma cathode electron beam generator and generating method |