ГАЗОРАЗРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1997 года по МПК H05H1/00 

Изобретение относится к плазменной эмиссионной электронике, в частности к конструкции генераторов плазмы, способной эмитировать заряженные частицы, и может быть использовано в технологических газоразрядных источниках ленточных пучков электронов и ионов.

Известные эмиттеры аксиальных пучков заряженных частиц с отбором электронов и ионов с поверхности накаленного твердого тела или с поверхности плазмы [1, 2 и 3]
Недостатками термоэмиттеров являются их низкая надежность и сложность конструкции, а плазменных эмиттеров их недостаточная однородность эмиссии.

Известно газоразрядное устройство с эмитирующей плазменной поверхностью прямоугольной формы [4] выбранное в качестве прототипа, в котором для генерации ионов и электронов используется контрагированный разряд с холодным полым катодом и двухкаскадной схемой последовательного объемного размножения электронов. Разрядная камера содержит полый катод, анод, дополнительный анод, электромагнитную систему, состоящую из четырех соленоидов. Эмиттерный электрод представляет собой прямоугольник, перфорированный 267 отверстиями, и расположен перпендикулярно оси полого катода.

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, обусловленная применением дополнительного анода и нескольких соленоидов, малый коэффициент использования плазмы в качестве эмиссионной поверхности, сильная неоднородность плазмы в области токоотбора, из-за неоднородного радиального распределения плотности плазмы в полом катоде.

Цель изобретения упрощение газоразрядного устройства, улучшение однородности и эффективности использования плазмы.

Цель достигается тем, что в газоразрядном устройстве, содержащем систему электродов, включающую цилиндрический полый катод, образующую две разрядные камеры, и магнитную систему, инициирование разряда в катодной цилиндрической полости происходит с обоих ее открытых торцов вспомогательными разрядами, возбуждаемыми двумя симметричными разрядными камерами. Каждая разрядная камера образована цилиндрическим анодом, плоским катодом и торцевым срезом полого цилиндрического катода, между плоским катодом и торцевым срезом полого катода расположен кольцевой постоянный магнит. Торец полого цилиндрического катода, кольцевой постоянный магнит и плоский катод образуют магнитную цепь. Рабочий газ подается через канал в полом катоде, эмиссионное отверстие выполнено в виде щели на стенке полого катода параллельно его оси, что обеспечивает возможность эффективного использования плазмы газоразрядного устройства для генерации ленточного пучка заряженных частиц. Сопоставление с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемое газоразрядное устройство, содержащее систему электродов, включающую цилиндрический полый катод, образующую две разрядные камеры, и магнитную систему, отличается тем, что система электродов включает дополнительно два цилиндрических анода и два плоских катода, установленных в двух сторон от торцов полого катода и соосно полому катоду, при этом магнитная система содержит два кольцевых постоянных магнита, размещенных с возможностью образования двух магнитных цепей, каждая из которых включает торец полого катода, кольцевой постоянный магнит и плоский катод, причем каждый кольцевой постоянный магнит расположен между торцом полого катода и плоским катодом, а в боковой стенке полого катода вдоль его оси симметрии выполнена щелевая эмиссионная прорезь.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Газоразрядное устройство содержит катод 1, выполненный из магнитной стали в виде цилиндра диаметром 4 мм и длиной 66 мм. Соосно полому катоду установлены медные цилиндрические аноды 2 и 3 диаметром 12 мм и длиной 12 мм, плоские катоды 4 и 5. Плоские катоды 4 и 5, аноды 2 и 3 и торцевые срезы полого катода 1 образуют две симметричные разрядные камеры (ячейки Пеннинга), индукция магнитного поля в полости анодных цилиндров, равная 0,16 Тл, обеспечивается постоянными кольцевыми магнитами 6 и 7. На середине полого катода расположен канал диаметром 2 мм для подачи рабочего газа. На стенке полого катода параллельно его оси выполнена щель длиной 48 мм и шириной 2 мм. В корпусе газоразрядного устройства имеются каналы для принудительного охлаждения проточной водой.

Газообразное устройство работает следующим образом.

Сначала устанавливают необходимое рабочее давление газа в пределах 5-10 Па. Затем от отдельных источников питания с плавнорегулируемым напряжением подают напряжение до 1 кВ между анодом 2 и катодами 1 и 4, и между анодом 3 и катодами 1 и 5. При этом возбуждается пеннинговский разряд. При проникновении плазмы в полый катод, напряжение горения разряда уменьшается. Устанавливают одинаковые анодные токи разряда в обеих ячейках, при этом неоднородной плазмы по длине полого катода уменьшается (до 5%). Аксиальное распределение плотности плазмы оценивалось по току одиночного подвижного зонда, перемещаемого вдоль эмиссионной щели. Регулируя анодные разрядные токи в ячейках, можно управлять аксиальным распределением плотности плазмы.

Инициирование низковольтного тлеющего разряда низкого давления в магнитном поле с холодным полым катодом двумя вспомогательными разрядами, возбуждаемыми в периферийных симметричных разрядных камерах, позволяет создать высоко однородную эмитирующую плазму в цилиндрическом полом катоде. Эмиссионная щель, выполненная на стенке полого катода, способствует эффективному использованию плазмы. Газоразрядное устройство просто по конструкции, что снижает металлоемкость, трудозатраты при изготовлении и стоимость.

Источники изобретения
1. Авторское свидетельство N 385347, 1973.

2. Авторское свидетельство N 486600, 1974.

3. Авторское свидетельство N 321879, 1971.

4. Журавлев Б.И. Прилепский В.В. Горлатов В.С. Технологический источник ионов. ПЭТ, 1993, N 3, с. 215 218.0

Использование: в плазменной эмиссионной электронике, в частности в генераторах плазмы, в технологических газоразрядных источниках ленточных пучков. Сущность изобретения: газоразрядное устройство состоит из полого цилиндрического катода 1, двух катодов 4, 5, выполненных из магнитной стали, и двух медных цилиндрических анодов 2, 3, расположенных соосно по обе стороны от полого катода 1. Магнитная система содержит два кольцевых постоянных магнита 6, 7, размещенных с возможностью образования двух магнитных полей, каждая из которых включает торец полого катода, плоский катод и размещенный между ними кольцевой постоянный магнит. Торцы полого катода, плоские катоды и цилиндрические аноды образуют две симметричные разрядные камеры. Вдоль полого катода расположено эмиссионное отверстие, выполненное в виде щели. На середине полого катода расположен канал для подачи рабочего газа. В корпусе газоразрядного устройства имеются каналы для принудительного проточного охлаждения водой. 2 ил.

Газоразрядное устройство, содержащее систему электродов, включающую цилиндрический полый катод, образующую две разрядные камеры, и магнитную систему, отличающееся тем, что система электродов включает дополнительно два цилиндрических анода и два плоских катода, установленных с двух сторон от торцов полого катода и соосно полому катоду, при этом магнитная система содержит два кольцевых постоянных магнита, размещенных с возможностью образования двух магнитных цепей, каждая из которых включает торец полого катода, кольцевой постоянный магнит и плоский катод, причем каждый кольцевой постоянный магнит расположен между торцом полого катода и плоским катодом, а в боковой стенке полого катода вдоль его оси симметрии выполнена щелевая эмиссионная прорезь.