Катодно-подогревательный узел электронной пушки Советский патент 1984 года по МПК H01J1/20 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к катодно - подогревательным узлам (КПУ) для электронных пушек и может применяться при создании катодно-подогревательных узлов с эмиттерами больших размеров.

Известен КПУ для электронной пушки, содержащий эмиттер и подогреватель. Эмиттер в таких устройствах обычно выполняется из гексаборида лантата 1.

Однако эмиттеры из этого материала с диаметром больше 50 мм не выдерживают тепловых напряжений. Поэтому такие эмиттеры изготавливаются методом плазменного напыления тонкого слоя гексаборида лантана на подложку из тугоплавкого металла.

Подобный КПУ имеет сушественный недостаток, заключаюшийся в сложной технологии изготовления катодов с эмиттерами больших размеров.

Наиболее близким к изобретению является катодно-подогревательный узел электронной пушки, содержаший многомодульный эмиттер, выполненный в виде сегмента сферы, держатель эмиттера и подогреватель. В этом устройстве эмиттер по сушеству состоит из отдельных катодных узлов, каждый из которых имеет свой подогреватель 2.

К недостаткам известного устройства следует отнести то, что электронный пучок, получаемый с такого эмиттера, состоит из отдельных лучей. Расчет электронно-оптической системы для подобной пушки требует решения трехмерной задачи и является чрезвычайно трудным. Часть плошади эмиттера в известном катоде не эмиттирует электроны (она заполнена держателем модулей), поэтому плотность тока эмиссии, рассчитанная для всей поверхности катода, значительно уступает плотности тока для катода со сплошным эмиттером.

Недостатком известного КПУ является также значительная величина тока подогревателя, так как обычно подогреватели модулей соединены параллельно и каждый из них имеет небольшое сопротивление.

Целью изобретения является упрошение конструкции катодно-подогревательного узла электронной пушки.

Поставленная цель достигается тем, что в катодно-подогревательном узле электронной пушки, содержашем многомодульный эмиттер, выполненный в виде сегмента сферы, держатель эмиттера и подогреватель, сферическая поверхность эмиттера выполнена в виде набора входящих в зацепление друг с другом модулей, представляющих собой сферические многоугольники с числом сторон больше трех, на кро.мках которых выполнены чередуюшиеся с вогнутой и выпуклой сторон уступы для зацепления модулей между собой, при этом на модулях с четным числом сторон уступы с выпуклой и вогнутой сторон расположены симметрично относительно оси, проходящей через противолежащие вершины многоугольника или через середины противолежащих сторон, на модулях с нечетным числом сторон уступы расположены симметрично относительно оси, проходящей через верщину и середину противолежащей стороны, а кромки модулей, примыкающие к держателю эмиттера, выполнены без уступов.

Кроме того, эмиттер состоит из правильных сферических многоугольников, а модули, примыкающие к держателю эмиттера, представляют собой усеченные правильные многоугольники.

На фиг. 1 и 2 представлена конструктивная схема КПУ; на фиг. 3, 4, 5, 6, 7, 8 - возможные варианты конструкции отдельных модулей; на фиг. 9 - эмиттер, собранный из правильных сферических многоугольников.

КПУ состоит из многомодульного эмиттера 1, стянутого с помощью держателя 2 эмиттера, который представляет собой тонкостенное фасонное кольцо, выполненное из того же материала, что и эмиттер. Держатель через гибкие элементы 3 приварен к опорному кольцу 4. Опорное кольцо 4 вместе с держателем 2 эмиттера и самим эмиттером 1 с помощью болтов крепится к корпусу 5 КПУ. Внутри корпуса 5 расположены пакеты тепловых экранов б и подогревагель 7. Фиксация эмиттера в держателе осуществляется лапками 8. Эмиттер 1 представляет собой шаровой сегмент, набранный из модулей 9, выполненных в виде сферических многоугольников. На вогнутую поверхность модулей нанесено эмиттирующее покрытие 10. Каждый модуль (фиг. 3-8) на кромках имеет уступы 11, выполненные по толщине модуля, которые могут располагаться как с выпуклой 12, так и с вогнутой 13 стороны модуля. Уступы на каждом из модулей с обеих из указанных сторон имеют определенный порядок чередования. На модулях с четным числом сторон (фиг. 5 и 7) имеется ось О-О, проходящая через середины противолежащих сторон или через противолежащие вершины углов, относительно которой порядок чередования уступов с вогнутой и выпуклой стороны имеет симметрию. На модулях с нечетным числом сторон (фиг. 3) указанная ось проходит через одну из верщин и середину противолежащей стороны. Часть модулей эмиттера примыкает к держателю. Кромки таких модулей выполнены гладкими для возможности стягивания модулей держателем 2. На фиг. 3 показан вариант эмиттера, собранного из правильных шестиугольников и пятиугольников. Один из пятиугольников расположен в центре эмиттера, а шестиугольные модули сопрягаются с его сторонами.

Устройство работает следующим образом.

Эмиттер 1 нагревается подогревателем 7. КПУ считается в рабочем состоянии при достижении определенной температуры на эмиттере, величина которой в зависимости от типа эмиссионного покрытия лежит в довольно широком интервале значений: 700- 1600°С. Обычно в термоэмиссионных КПУ неравномерность температуры по эмиттеру не превышает 25°С. Поэтому температурные напряжения незначительно искажают форму эмиттера и не приводят к выходу модулей из зацепления друг с другом. Инжекция электронов происходит под воздействием электрического поля. В предложенной конструкции КПУ модули должны иметь число сторон больше трех, так как треугольные модули в предложенной конструкции и схеме чередования уступов могут поворачиваться в закрепленном состоянии вокруг одного ребра.

Предложенная конструкция КПУ дает возможность собирать эмиттер из модулей с уже нанесенным эмиттирующим покрытием и не требует дополнительного закрепления с помощью сварки, что может привести к разрушению покрытия из-за локального перегрева и к возникновению внутренних напряжений конструкции в процессе последуюшего нагрева при работе узла.

Процесс изготовления модуля эмиттера состоит из следующих операций: отжиг заготовки модуля в вакуумной печи для предания металлу пластических свойств; штамповка модуля; отжиг модуля после штамповки для снятия внутренних напряжений; обработка на металлорежущих станках; нанесение эмиссионного покрытия с последующим спеканием; опрессовка покрытия давлением примерно 10 т/см.

Такая технология позволяет изготавливать сплошные эмиттеры небольшого диаметра из-за того, что в стандартных вакуумных печах можно отжигать и спекать эмиттеры с диаметром не более 80-100 мм, а стандартные прессы не обеспечивают необходимого давления на большей площади. Вариант набора сегмента сферы из правильных многоугольников (фиг. 9) позволяет уменьшить число различных модулей. Однако в этом случае появляется жесткая связь между стороной многоугольника и радиусом сферы эмиттера. Кроме того, число возможных сочетаний правильных многоугольников, из которых можно составить сферу, ограничено. Как показывают расчеты, наилучшим соотношением между радиусом описанной сферы и стороной обладает многогранник, состоящий из правильных пятии шестиугольников (усеченный икосаэдр). Для такого многогранника R 2,475d, где R - радиус сферы, d - сторона многогранника.

Это соотнощение определяет максимальный размер эмиттера, который можно изготовить по такому варианту, так как при современном технологическом оборудовании размер d не должен превыщать 50 мм.

Таким образом, в этом случае возможно изготовить эмиттер диаметром 240 мм из модулей с характерным размером 100 мм. За характерный размер принимается диаметр описанной окружности шестиугольника.

В варианте эмиттера, показанном на фиг. 2, нет жесткой связи между характерным размером модуля и радиусом сферы, частью которой является эмиттер. Однако число одинаковых модулей в этом случае удваивается. Это обстоятельство приводит к значительным трудностям при изготовлении такого эмиттера. Поэтому дальнейшее разбиение эмиттера на более мелкие элементы, чем приведенные на фиг. 2, нецелесообразно, т. е. диаметр эмиттера в этом случае может превышать характерный размер в пять раз и при современном уровне технологического оборудования такая конструкция позволяет создать эмиттер с диаметром 500 мм.

В отличие от базового объекта - КПУ с одним сплошным эмиттером, имеющим диаметр не более 50 мм, предложенная конструкция позволяет создать катоды с диаметром эмиттера до 500 мм (в 2,5-5 раз превышающим характерный размер одного модуля) без применения специального уникального технологического оборудовния. Кроме того, предложенная конструкция, обладая всеми достоинствами КПУ со сплош ным эмиттером - простотой и легкостью конструкции, технологичностью изготовления и сборки, не приобретает при увеличении диаметра катода таких недостатков многомодульного КПУ, как увеличение веса изза необходимости установки индивидуальных держателей и нагревателей для каждого модуля, усложнения технологии изготовления.

4

.

qpt/s.5

фие.б

//- qpus.B

1. КАТОДНО-ПОДОГРЕВАТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРОННОЙ ПУШКИ, содержащий многомодульный эмиттер, выполненный в виде сегмента сферы, держатель эмиттера и подогреватель, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, сферическая поверхность эмиттера выполнена в виде набора входящих с зацепление друг с другом модулей, представляющих собой сферические многоугольники с числом сторон больще трех, на кромках которых выполнены чередующиеся с вогнутой и выпуклой сторон уступы для зацепления модулей между собой, при этом на модулях с четным числом сторон уступы с выпуклой и вогнутой сторон расположены симметрично относительно оси, проходящей через противолежащие верщины многоугольника или через середины противолежащих сторон, на модулях с нечетным числом сторон уступы расположены симметрично относительно оси, проходящей через верщину и середину противолежащей стороны, а кромки модулей, примыкающие к держателю эмиттера, выполнены без уступов. i 2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что (Л эмиттер состоит из правильных сферических многоугольников, а модули, примыкающие к де.ржателю эмиттера, представляют собой усеченные правильные многоугольники. ;о ГчЭ О5