Термоэлектронный катодный узел Советский патент 1983 года по МПК H01J1/20 

Изобретение относится к эмиссионч ной электронике, а более конкретно к термоэлектронным катодам из гексаборида лантана, эмиттирующий элемент которых Выполнен в виде стержня и нагревается при помощи электронной бо1 бардировки. Такие катоды применяются в электроннолучеврм оборудовании, ускорителях и других физических приборах. Известна конструкция термоэлектронного катода из гексаборида лантана, в которой эмиттирующий элемент/ выполнен в виде стержня. Вокруг стержня расположена, спираль из воль-; фрамовой или танталовой проволоки, выполняющая роль первичного термокат тода. При нагреве спирали до температуры порядка 2000 С и подаче напряжения между, спиралью и стержнем (положительный потенциал прикладывается к стержню), последний нагревается до, рабочих температур порядка 1бОО°С за счет электронной бомбардировки i , Недостатками известной конструкци являются уменьшение работы выхода первичного термокатода, вследствие напыления на него гексаборида лантана, испаряющегося со стержня при рабочих температурах , что приводит к интенсификации электронной бомбардировки стержня, повышению его темпе ратуры малый срок службы первичного термокатода, ограничиваемый взаимодействием напыленного гексаборида лантана с материалом спиралиi Известна также конструкция термоэлектронного катода содержащего стер жень из гексаборида лантана с торцовой эмиттирующей поверхностью, термо катод для нагрева стержня посредство электронной бомбардировки и диэлектрическое основание с выводеими. Боковая поверхность стерж:ня покрыта тонким слоем (около 50 Л) аморфного-уг лерода. Цель нанесения покрытия предотвЁ)а1цение напыления гексаборида лантана на поверхность первичного, тер мокатода и .как следствие -стабилизация температурного режима работьа катода и повышение срока службы первичного термокатода (2J . Недостатками конструкции являются низкая стойкость предлагаемого покры тия при рабочих температурах катода, определяемая процессами взаимодиффуэ зи-и и -химического взаимодействия меж ду вгексаборидом лантана и углеродным поирытием, что практически не поз.воЛяет исключить напыление гексабори да 1антана на поверхность первичного термокатода при длительной эксплуатации узла. Следствием этого недоста ка является недостаточная стабиль, :. ность температуры катода; относитель но высокая потребляемая узлом мощ- ность, которая складывается иэ мощщзртей, расходуемых на нагрев первич Horo термокатода и на электрон уго омбардировку, кроме того, недос таточная долговечность катодного узла. Цель изобретения - повышение стабильности температуры эмиттирующего стержня, увеличение долговечности и снижение потребляемой мощности. Поставленная цель достигается тем, в термоэлектронном катодном узла, содержащем стержень из гексаборида лантана с торцовой эмиттирующей поверхностью, термокатод для нагрева, стержня посредством электронной бомбардировки и диэлектрическое основа-i ние с выводами, между стержнем i термокатодом расположен электрически изолированный экран из тугоплавкого проводящего материала, причем отноше ние максимальных размеров сечений стержня и экрана находится в пределах 0,5-0,9. На чертеже изображена конструкция предлагаемого устройства. Устройство содержит эмиттирующий стержень, первичный термокатод 2, электрически изолированный экран 3, основание 4 из диэл.ектрика с вывода ми. Устройство работает следующим образом. . . При включении катода экран нагрев веется посредством электронной бом бардировки. Для этого первичный термокатод нагреваю.т до температуры порядка 2000°С и между ним и экраном прикладывают разность потенциалов (положительный потенциал на экране). Температура экрана при этом достаточна для обеспечения радиационного наГрева эмиттирующего стержнд до рабочих температур (1600-1SOO C). Нагретый до таких температур стержень о беспечивает достаточный эмиссионный ток с боковой поверхности для нагрева экрана. Поэтому после нагрева стержня разность потенциалов прикладывается между ним и экраном (поло|жительный потенциал на экране), .а питание накрала первичного термока-i тода отключается. .Неизбежное прирабочих температу рах стержня напыление гексаборида лантана на поверхность экрана, обращенную к нему, неможет существенным образом повлиять на эксплуатационные параметры катода, в частности на температуру стержня, так как коэффициент излучения экрана при этом практически остается неизменным,. По этой же причине не представляет опасности изменение электрических свойств материала экрана, вследствие взаимодействия между ним и образующейся в процессе эксплуатации пленкой гексаборида лантана. Пределы отношений диаметра стержня к внутреннему диаметру экрана при круглой форме стержня и экрана

или соответствующими сторонами при других форумах стержня и экрана опре« делены экспериментально, исходя из требований обеспечить оптимальные параметры радиационного нагрева стержня излучением с-экрана при сохране-- 5 НИИ работоспособности катодного узла, в целом.

Если это отношение меньше 0,5, расстояние между стержнем и экраном великими для радиационного нагрева 0 стержня до. рабочих температур 1600-1700 С требуется температура экрана существенно большая, чем 2000 С, что приводит к необходимости увеличения мощности, выделяемой4с на экране, и снижению надежности узла в, целом..

ЕСЛИ это отношение больше 0,9 расстояния между стержнем и экраном малы и велика вероятность короткого замыкания между стержнем и экраном 2 при нагреве, что приводит к выходу узла и .строя.

П р и м ер. Эмиттир5(1Ю1ай й стержень выполнен ИЗгорячепрессованогЬ поликристаллического гексаборида лантана 25 диаметром 1 мм и длиной 18 мм. Один конец стержня закреплен в цанговом зажиме, расположенном в основании из диэлектрика, в основании имеются также выводы для закрепления экрана и 30 первичного термокатода. Экран выпол.нен из лантала, толщиной 0,1 мм, диаметр экрана 1,5 мм и ширина 4 мм.

Первичный термокатод представляет собой спираль диаметром 5 мм, из вольфрамовой проволоки, толщиной 0,4 мм, число витков - 3, шаг - 1 мм Экран установлен в верхней части стержня, вблизи торцовой эмиттирующей поверхности, :

При рабочей температуре стержня 1600-1800 С с катодного узла отбирается ток плотностью 20-25 А/см. Пот ребляемая на нагрев мощность ооставч ляет в установившемся режиме 7-9 Вт, в момент включения 13-15 Вт. ПровёреяНая долговечность превышает 500 час.

Положительный эффект от внедрения Оредлагаемого изобретения состоит в :рысокой стабильности температурного |зежима работы эмиттирующего стержня и стабильности эмиссионных параметров, обеспечиваемой постоянством электрон ного и радиационного нагрева во времени; повышении срока службы катода в целом вследствие исключения взаимодействия между материалом первичного термокатода и напыляемым в npoujecce эксплуатации на него гексаборидом лантана; в снижении потребляемой мощности катодного узла в установившемся режиме за счет отключения первичного термокатода.

Применение предлагаемой конструкции катодного узла в электроннолучевом и аналогичном оборудовании не требует переделки существующих систем электродов установок.

ЖЕРМОЭЛЕКТРОННЫЙ КАТОДНШ УЗЕП, содержащий стержень тлэ гексабо,рида лантана.с торцовой- эмиттирующей поверхностью, те1 4окатод для нагрева стержня посредством электронной бомбардировки и диэлектрическое основаД1ие с выводами, отличающйй с я.тем, чро, с целью повьаиения стабильноститемпературы стержня, увеличения долговечности и снижения потребляемой мощности, между стержнем и термокатодом расположен электрически изолированный экран кз тугоплавкого проводящего материала, причем отношение максимальных размеров сечений стержня и экрана находится в пределах 0,5-0,9.ё -1 о :а ю