SU602041A1 - Источник электронов со взрывным катодом - Google Patents

Abstract

ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ CO ВЗРЫВНЫМ КАТОДОМ, содержащий катод, фокусирующий электрод и наход щиес  под потенциёшом земли анод и вакуумную камеру^ отличающий- с   тем. Что, с целью увеличени  длительности генерируемых электронных пучков, упрощени  конструкции источника и схемы питани , фокусирующий электрод выполнен в виде сосуда с отверстием, в которое углублен анод, катод расположен внутри фоку- сирукмцего электрода, имеет электрический контакт с последним и удален от анода на рассто ние, квадрат которого не меньше площади эффективной собирающей электронной поверхности анода.iШС•» ^о^ оК)о4^

Description

Изобретение относитс  к технике генерировани  электронных пучков. Оно может быть использовано в лазерной ускорительной технике, в плаэмоxи 4ии и других област х науки и техники , в пищевой промышленности.

Известны источники электронов.со взрывным катодом 1 , содержащие катод , анод. Электроны выт гиваютс  из катодной плазмы, образованной взрывным разрушением микрбрстрий при перегреве их автоэмиссионным током , и ускор ютс  приложенным напр  жением до тех пор, пока передний фронт плазмы не достигнет анода.

Один из основных недостатков известных источников состоит в том, что длительность генерируемых пучков ограничиваетс  заполне ем вакуумного промежутка плотной плазмой распростран ющейс  от катода к аноду со скоростью (f,5-3) см/с. Кроме того, эффективность таких источников , невысока (S-10%). ЭтоОбусловлено тем, что стенки вакуумной камеры в них имеют потенциал анода, в результате на .стенках тер етс . значительна  часть эмиттируемых из катодной плазмы электронрв.

Известен источник электронов со взрывным катодом 2 , содержащий катод, фокусирующий электрод и наход щиес  под потенциалом земли анод и вакуумную камеру. Фокусирующий электрод выполнен в виде двух цилиндров , удаленных друг от друга на рассто ние, меньшее размера промежутка анод-катод, и изолированных от всех элементов источника.- Эти цилиндры расположены между катодом и анодом, а их оси перпендикул рны нормали к плоскости катода. Потенциал на: фокусирующем электроде задаетс  от дополнительной электрической цепи.

В этом источнике при рассто нии анод-катод 150 мм, рассто нии катодфокусирующий электрод 7.0 мм, рассто нии между цилиндрами 80 мм получен пучок со следующими параметрами: плотность тока 30 мА/см, энерги  225 кэВ, длительность- 10 мс. Таким образом, введение фокусирующего электрода позвол ет значительно увеличить длительность генерируемого пучка.

Дл  получени  необходимой, эффективности и длительности генерируемого пучка рассто ние между цилиндрами фокусирующего электрода вз то довольно малым, что сильно ослабл ет напр женность пол  у катода, делает ее недостаточной дл  возбуждени  взрывной эмиссии лишь подачей напр жени  на промежуток :анод-катод и вызывает необходимость исполь зойани  дополнительного поджигающего импульса. Вследствие этого схема

питани  источника усложн етс  введением дополнительной электрической цепи, с помощью которой дл  возбуждени  взрывной эмиссии фокусирующий электрод поддерживае.тс  вначале под 5 потенциалом земли, а после образовани  катодной плазмы принимает потенциал , необходимый дл  фокусиров и .

Кроме того, дл  подвода питани 

10 фокусирующего электрода от дополнительной цепи в источник введены два проходных изол тора (помимо проход ного изол тора в катодном узле) , что значительно усложн ет конструкцию

S источника.

Существенным недостатком  вл етс  то, что фокусирующий электрод занимает лишь часть промежутка анодкатод и поэтому не устран ет полностью вли ни  стенок камеры на токоотбрр . Это затрудн ет генерирование электронных пучков длительностью 10 мс и более, приводит к потере части электронного тока на стенках

C камеры (часть его также тер етс  на сопротивлении, включенном в цепь питани  фокусирующего электрода). Поэтому эффективность описанного источника составл ет . Цель изобретени  - увеличение

длительности генерировани  электронных пучков, упрощение схемы питани  и конструкции источника.

Цель достигаетс  тем, что фоку- , сирующий электрод выполнен в виде

5 сосуда с отверстием, в которое углублен анод катод расположен внут|ри фокусирующего электрода, имеет I электрический контакт с последним и удален от анода на рассто ние,

0 квадрат которого не меньше площади собирающей электронной поверхности анода.

На фиг. 1 показан предложенный источник электронов со взрывным

С катодом, разрез; на фиг. 2 приведены зависимости d/u от d дл  разных S, где d зазор анод-катод; tjj врем  коммутации; S - площадь соби- . рающей электронной поверхности анода; на фиг. 3 - (а, б) - осциллограммы электронного тока и напр жени  на промежутке..

Источник электронов со взрывным катодом содержит наход щиес  под потенциалом земли вакуумную камеру 1

5 и анод 2, а также фокусирующий злек- трод 3 и катод 4.

Фокусирующий электрод предназначен дл  фокусировки электронного 0 пучка и, устранени  вли ни  стенок камеры на токоотбор. Он выполнен в виде цТилиндричёского сосуда с пло-. щадью поперечного сечени  внутренней полости 70000 мгл. Сосуд имеет с отверстие диаметром 260 мм, через которое на 30 мм вглубь сосуда проходит анод 2. Анод выполнен в виде цилиндрического сосуда с фланцем, которым он прикреплен к камере 1 источника. Со стороны катода 4 анод ограничен титановой фольгой, служащей окном 7 дл  вывода электронов. Площадь эффективной собирающей элек тронной поверхности анода равна 6300 . Фокусирующий эле,ктрод 3 крепитс  к секционированному проходному иэо .л тору 5, помещенному в алюминиевый стакан 6 высоковольтного ввода. Изо л тор имеет отверстие дл  подачи высокого напр жени  в промежуток ка тод-анод. Катод 4 расположен внутри фокусирующего электрода напротив анода, имеет электрический контакт с электродом и удален от поверхност анода на рассто ние d, квадрат кото рого не меньше площади эффективной собирающей электронной поверхности анода (d 14 см). При подаче накатод 4 напр жени  достаточного дл  возбуждени  взрывной эмиссии, на катоде создаетс  плазма. Электроны выт гиваютс  с пе риферийных областей катодной плазма , ускор ютс  приложенным напр жением и извлекаютс  через фольговое окно. Таким образом, с момента.по влени  плазмы на катоде начинаетс  импульс электронного тока, который оканчиваетс  в момент перехода раз р да в низковольтную стадию. Это вр м  близко к времени коммутации и оп редел етс  соотношением , где d - величина зазора анод-катод Vj - скорость распространени  плаЭмы. На фиг. 2 приведены зависимости -т- от d дл  разных площадей поп речного сечени  анода S:крива  7 дл  5 102400 мм , крива  8 - дл  мм, крива  9 - дп  5 700 мм крива  10 - дл  5 280 мгл, получен ные при наличии и отсутствии фокусирующего электрода. Видно, что в случае большой площади анода и отсутстви  фокусирующего электрода, {крива  7) с увеличением d соотношение -г- несколько растет, при к введении же фокусирующего электрод описанной конфигурации с увеличением d до величины величина --- резко падает от  : 2-10 до 4-10 см/с (кривые 8, 9, 10). Поэтому в предложенном источнике электронов дл  выбора размера анода используетс  условие . При лабораторных исследовани х источника электронов со взрывным катодом был получен пучок со следующими параметрами: ток пучка 2рО А, энерги  200 кэВ, длительность генерируемого пучка 30 мс, причем это врем  ограничено не перемыканием промежутка плазмой, а разр дом ГИН. осциллограммы тока пучка и напр жени  на промежутке анод-катод приведены на фиг. 3 (а,б). В -предложенном источнике электронов путем увеличени  емкости ГИН и подбора наиболее оптимальных размеров фокусирующего электрода можно еще более увеличить длительность генерируемого пучка. Использование анода с площадью поперечного сечени , меньшей квадрата зазора анод-катод (), определ ет следующие существенные преимущества источника по сравнению с прототипом: 1.Использование одного проходного изол тора вместо трех в прототипе , что упрощает конструкцию источника. 2.Упрощение схем питани  за счет исключени  электрической цепи питани  фокусирующего электрода. 3.Увеличение длительности генерируемого пучка до 30 мс (10 мс в прототипе) при напр жении питани  200 кВ (ток пучка 200 Л). 4.Повышение эффективности ис .точника электронов путем исключени  потери электронов на стенках камеры. Применение предложенных источников дл  накачки газовых лазеров позвол ет значительно повысить КПД последних . Применение источника электронов в пищевой промышленности дл  стерилизации пищевых продуктов значительно улучшает качество стерилизации . Источники электронных пучков большой длительности могут найти широкое применение в других област х науки и техники и различных отрасл х промышленности.

.. ,см/с«к

20№й«Т 3 t S (f.c

t-fftt

Ю 15 го г5 t-wV

Фмг.2

f-K «/в

Фиг.З

Claims (1)

1. ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ CO ВЗРЫВНЫМ КАТОДОМ, содержащий катод, фокусирующий электрод и находящиеся под потенциалом земли анод и вакуумную камеру, отличающийс я тем, Что, с целью увеличения длительности генерируемых электронных пучков, упрощения конструкции источника и схемы питания, фокусирующий электрод выполнен в виде сосуда с отверстием, в которое углублен анод, катод расположен внутри фокусирующего электрода, имеет электрический контакт с последним и удален от анода на расстояние, квадрат которого не меньше площади эффективной _е собирающей электронной поверхности S анода. I- и ..,.602041 /

   эффективность таких исЭтообусчто стенки вакуумной имеют потенциал анода, на стенках теряется, часть эмиттируемых