Трехэлектродная электронная пушка с продольной компрессией Советский патент 1984 года по МПК H01J29/48 

}1 Изобретение относится к высокоперве сной электронной оптике и может найти применешю в электроннолучевом оборудо вании технологического назначешш, в интенснвшлх реитгеновскйх трубках, электр ваку мных приборах СВЧ, а также в новках для научшях исследований. I-fe принцкна работы высокопернеансных электронных пушек с нродопыгой ком прессией ачедует, что вследствие больше го значения нервеанса формируемого пуч ка ее область формирования (катод первая, ш афрагма - вторая диафрагма) далеет малый объем и немонотонное раснределешю осевого потенциала в нем. Последнее тредует тщательного экранирования области формирования пучка от внешнего магнитного (например, фокусир щего) ноля,, Известна трехэлектродная пушка с продольной компрессией Г-1- 3 Экранирование от внешнего магнитного поля осущеотвляетс5Э снешш1м (по отношению к пушке) магнитным экраном, представляющим собой цияивдричес1- :ий стакан с отверстием в цшще для выхода пучка. Недостатками описагшой пушки являются заметная потеря мощнос1И электронного щчка вследствие измере1щя траекторий электронов под действием проникающего магнитного поля, а также ухудшение фокусировки пучка вне пунжи (и на выходе из нее) вследствие искалтения внещнего магнитного поля магнитным экраном больших размеров и отверстий в нем. Кроме того, могут возникнуть электр ческие пробои между второй и первой диафрагмами, что обусловлено малым па раллельным зазором между ними при большой его протяженности Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и nocTnraeMOiviy эф фекту является трехэлектроная электронная пушка с продольной компрессией С 2 содерлсаздая расположенные последовател но на одной оси и разделенные изоляторами катодный узел, ускоряющую диафрагму, снабженную охлаждаемым корпусом с тегщовыми экранами, и замедляющую диафрагму, а также мап-штный экран, имеющий цилиндрическую и торцовы части. Кольцевые изоляторы являются частью металлокерамического корпуса, размещенного внутри магнитного экрана, Торец экрана, примыкающий к замедляющей диафрагме, имеет отверстие с диаметром, большим, чем ш аметр отверсти диафрагмы (так как материал экранирую S92 щего торца имеет конечную толщину), поэтому внешнее магнитное поле проникает в область формирования пучка. За тедля1сшая диафрагма выполнена из немйгнитного материала. В данной пушке значительно уменьщена вероятность элект эических пробоев между диафрагмами за счет коетгееской формы замедляющей диафрагмы. Однако остаются заметные потери 1ЛОЩНОСТИ пучка из-за перехвата части его тока на электроды вследствие проifHKHOBeinra внешнего магнитного поля в область форкжрования, искажающего траек- 1юр1ги эдезстронов фopIvшpyeмoгo пучка. Последнее оссбенно существенно в пушках с: большой мощностью пучка, так как сиачителывые токи перехвата (относительно шзкий коэффициент токопрохождения) фиводят к. значительному нагреванию, отгпажгаанию и оплавлению электродов. Кроме того, внешний экран имеет больviae размеры, вызывает значительные иск:ажения внещнего мапштного поля (нагример, фокусирующего), что также шает согласовашге пуч1са с полем и может приводит к пульсациям полеречного размера Щчка. Болысще размеры внешнего экрана приводят также к увеличению .геталлоемкости и веса пушки. Целью изобретения является уменьшение габаритов пушки и ут юньшение потэрь мощности пучка за счет улучше1шя условий его формкроваьшя. Цель достигается тем, что в предлагаемой грехэлектродной пушке с продопьной компрессией, содержащей расположенные последовательно на одной оси и разделегшые изоляторами катодный узел, ускоряющую диафрагму, снабженную охпалодаемым корпусом с тепловыми экранами, и замедляющую диафрагму, а также магнитный экран, имеющий цилиндрическую и торцовые части, цилиндрическая часть магнитного экрана выпопнен 1 из нескольких кольцевых деталей, р сположезшых на охлаждаемых поверхностях корпуса ускоряющей диафрагмы, а i земедляющая диафрагма выполнена из мг1гнитомягкого материала, причем зазоры между отдельными деталями магнЕтного экрана составляют 0,1-0,05 его внешнего диаметра. Цилиндрическая часть магнитного экрана состоит из трех кольцевых деталей, две из которых распололсены на тепловых экранах, а третья - на корпусе ускоряющей диафрагмн. Это позволило сделать магнитный экран внутренним (в отличие от прототипа, где экран - внешний) относительно корпуса пушки и обеспечило его малые габрриты, Экранирук шие кольца находятся под потенциалами электродов, на которых они закреплены. Замедляющая (вторая) диафрагма и нижний фланеи пуш ки также являются составными частями магнитного экрана, В итоге магнитное попе в области формирования пучка катод-ускорякяцая диафрагма-замедляющая диафрагма составляет не более 2,0-2,5 величины внешнего магнитного поля, что не оказывает заметного влияния на траектории электронного дучка, а следовательно, ведет к значительному уменьшению потерь его мощности. В пушке с. внешним магнитным экраном магнитное попе в области формирования пучка составляет 5-10% величины внешнего маг нитного попя. Эксперименты показали, что оптимальные радиальные и торцовые зазоры между отдельными деталями экрана сост аляют 0,1-0,05 их диаметра. При увеличении зазоров свыше 0,1 диаметра экранов магнитное попе проникает внутрь э гектроннооптической системы, нижний предел предложенного соотношения обусловлен 73ПЛОВЫМИ расширениями деталей при нагреве катода и про бойным напряжением. На фиг. 1 схематично изображена трехэлектродная - электронная пушка; на ФЕТ. 2 - кривая осевого распределения магнитного поля в пределах пушки и ее окресностях, полученная экспериментально, как с однородным, так и с резко неоднородаым внешним (фокусирующим) полем; на фиг.З - экспериментальные кривые изменения коэффициента токопрохождения пучка 1 ручка, 1 катода полученные с высокопервеансными пушками (Р 7,20.10 А/В 32), при изв широких менекии потенциалов пределах для двух случаев: кривая 12 с внутренним магнитным экраном, кривая 13 - с;внешним магнитным экраном . Пушка содержит расположенные соосно катодный узел 1, включающий в се бя катод с эмиттером из гексаборида лантана и подогревателем, корпус держателя катода и прщсатодный электрод (на фиг.1 не показаны), ускоряющую (первую) диафрагму 2, снабженную охлаждаемым корпусом с тепловыми экранами 3, замедляющую коническую дЗаафрагму 4 с раскрывом по ходу пучка. Шышндрические кзoлятqpы 5,6 совместно с нижним фланцем 7 и верхним фланцем 8 o6pa3yi:-vi- металлокерамический корпус, внутри которого соосно на тепловых экранах 3 диафрагмы 2 установлены кольцевые детали 9,1О (внутри керамических изоляторов 5,6), а кольцевая детаг/ъ 11 закреплена на охлаждаемокц корпусе диафрагмы 2. ЖДетали 9,10.11 вьгаолнены из магнитомягкого материала н представляют собой составные части магнитного экрана, частями которого являются также вьшолНенные из магнитомягкого материала замедляющая 4 и нижний фланец 7, служащий основанием для крепления катодного узла 1. Зазоры между отдельными деталями экрана (диафрагма 2, детали 9,10,11 и фланец 7) составляют (предпочтительно) 0,1-О,О5 их диаметра и равны толщине материала деталей или меньше ее. Устройс-гео работает следующим образом. С помощью подогревателя катодного узла 1 нагревают катод до рабочей температуры, в результате они эмиттврует электроны, которые попадают в область формирования пучка, т.е. между катоде и диа(}рагмой 2 с потенциалсйу V , где они ускоряются, и, пройдя через ее апертурное отверстие, попадают в электрического поля диафрагмы 4 с потенциалом V2 . После вмхода сформированного электронного пучка из пушки (из от верстия диафрагмы 4) последний фокусируется внешним магнитным полем (на фиг.1 не показано). При этом внипнее магнитное поле ослабляется в области фот мирования пучка настолько, что не искажает траектории движения электронов; составляющих пучок, так как эта область экранирована деталями 9,10 11, диафрагмой 4, фланцами 7 и 8. Магнитный экран ослабляет внешнее как однорошюе, так и неоднородное магнитное поле в 5О80 раз. Формирование электронного происходит под действием апектрического псшя в области формирования, создаваемого усякоряющим потенциалом V диафрагмы 2 и аамедаяющим потенциалом V2 диафрагмы 4. Оклаждаемые, например, водой тепловые экраны 3 и керамические изоляторы 5,6 предотвращают электрнческие пробои и утечки тепла. Приведенная на фиг. 2 экспериментальная кривая осевого распределения магнитного поля в пределах пушки: нижний флаиеп 7 - К (катод) -1) (диафрагма 2) )2( диафрагма 4) - sepximft фланец 8, а также Б сякресностях пушки наглядно дем стрирует резкое ослабление (в 50-80 раз) магнитного поля в зоне с}юрмирования пучка по сравнению с внешним магнитным полем в пухшее. В пушке с внешним экраном (прототипе) ослабление поля происходит в мен шей степени (в 1О-20 раз ), что ухуд.шает формирование пучка. Следствием , этого является уменьшение коэффициента токопрохождения. В пушке за счет снабжения ее внутренним магнитным экраном коэффициент токопрохождения при V состаъляет 99,7% , а в прототипе (с внешним магнитным экраном) - 97%, Crfeдовательно мошность пучка (приУ2гСОП5 в первом случае ,997 JfiV2 . а во втором ,973ц. V2 ,Тое имеет место значительная потеря мощности пучка. Экспериментальные кривые изменения коэффициента токопрохожде101я пуч ка даш пушки с внутренним магнитным экраном ( предложенный) и с наружным (прототипом), приведе1шые на фиг.З} цок зывают, что во втором случае при V-,,5 коэффициент токопрохождения резко падает, тогда как в первом случае при 10 4,98%, что особенно важно при получении пучков -большой мощности и низком потенциале ( V- )большой первеанс- и для осуществения глубокой модуляции тока пучка, В предложенной пушке за счет использования внутреннего магнитного экрана пульсации тока пучка практически не обнаружены, в то время как в известной пушке они составляют 1О-20%. Пушка с внутрен шм магнитным акра-. ном вследствие малых габаритов последнего имеет меньший вес и меньшую металлоемкость. Размещение деталей экрана на охлаждаемых деталях обеспечивает поддержание хорошего вакуума в области пушки, так как отсутствует отлаживание материала экрана. Кроме того, поскольку одни детали внутреннего экрана совмещены, а другие являются составными элементами самой пушки, они одновременно с последними жестко кют 1рованы и при установке пушки в том или ином приборе (оборудовании) не требуется выставления их, как при применении внешнего экрана.

1. ТРЕХ ЭЛЕКТРОДНАЯ ЭЛЕ ТРОННАЯ ПУШКА С ПРОДОЛЬНОЙ КО ПРЕСРИЕЙ, соае1Ьжащая расположенные поелеаоватепьно на оаной оси и разаеленные изоляторами катодный узел, ускоряющую диафрагму. снабженную охлаждаемым корпусом Ь тепловыми экранами, в замедляющую диафрагму, а также магнитный &кран, имеющий цилиндрическую и торцовые части, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения габаритов пушки и уменьшения потерь мощности пучка за счет улучшения условий его формирования, пш1внщ)ическая часть магштного экрана выпопнеиа вз нескольких кольцевых деталей, расположенных на охлаждаемых поверхностях корпуса ускоряющей диафрагмы, а замедляющая диафрагма выполнена из магнвтомягкого материала, причем зазоры между отдельными деталями магнитного эЕраш составляют 0,1-0,05 его внеогаего диаметра. g 2. Трехэлектродная электронная пушка с продольной компрессией по п. 1 , отличающаяся тем, что ввпнндрическая часть магнитного экрана состоит из трех кольцевых деталей, две на которых расположены на тепловых экранах, а треться - на корпусе ускорякяцей диафрагмы.

i t/jA-fyf /f/ Sc/y-r i/v gy/fff/feff /Tfff/eef

Фиг. 2

f,%

т ss

90

7ff V

s ff

rg

0t/g.J