Электронная пушка Советский патент 1984 года по МПК H01J3/02 

Изобрете1{ие относится к классу электронных приборов, в частности к электронным пучкам большого попере ного сечения, предназначенным для вывода электронного пучка в газовую среду, например, для возбуждения оптических квантовых генераторов, работающих в непрерывном режиме. Известны электронные пушки, в которых размеры поперечного сечения электронного пучка обеспечиваются сп циальной рассеивающей оптикой, содержащей нить накала или несколько нитей в виде продольной полоски, рас положенных в фокусе параболического отражателя. В широкой части отражате ля размещены два изолированных ускоряющих электрода в виде проволочной сетки. Между электродами и мишенью находится система управляющих электродов в виде проводящих полосок СП. Однако все это приводит к существенному усложнению конструкции пушки Наиболее близкой к изобретению является электронная пущка для формирования пучков с большим поперечным сечением, с.одержащая соосно расположенные катод с торцовой сферичес кой эмитирующей поверхностью, фокусирующий электрод, имеющий форму цилиндрического стг.кана с проле,ным отверстием в торцовой части, и анод, выполненный в вщхе полого цилиндра, торцовая часть которого вакуумноплотно закрыта выпускным окном и который расположен коаксиально катоду и фокусирующему электроду Г23. Недостатками иJBecTHoro устройства являются отног 1тельная сложность его конструкции : недостаточный срок службы. Цель изобретения - упрощение конструкции электронной пушки и увеличе ние срока ее службы. Поставленная цель достигается тем, что в электронной пущке для фор мирования пучков с большим поперечным сечением, содержащей соосно расположенные катод с торцовой с(3еричегкой эмитирующей поверхностью, фокусирующий электрод, имеющий форму цилиндрического стакана с пролетным отверстием в торцовой части, и анод, выполненный в виде полого цилиндра. торцовая часть которого вакуумноплотно закрыта выпускным окном, расположенного коаксиально катоду и фок сирующему электроду, в центре сферической поверхности катода сделан неэмитирующий участок, а в боковой цилиндрической части фокусирующего электрода выполнена сквозная кольцевая проточка с перемычками, при этом размеры электродной системы удовлетворяют следующим соотношениям: 8,,8; 50 55,1,,9J 3,,3: 0,09 ,12; 1,,57; 0,A87v l 0,502, -0,4ч ,1, Гк 0, 0,18, где 2гм - поперечный размер выпускного oKHaJ Ik; - радиус катода; ( радиус пролетного отверстия фокусирующего электрода;Icpj- радиус фокусирующего электрода;, - радиус неэмитирующего като5к - радиус кривизны эмитирующей поверхности катода расстояние от катода до выпускного oKHaj t - расстояние катод-фокусирующий электродj SfiA-t- расстояние катод-проточка фокусирующего электрода; , - высота кольцевой проточки. На фиг. 1 схематически изображена предлагаемая пушка, на фиг. 2 - распределение эквипотенциальных линий вблизи катода электронной пушки; на фиг. 3 - эквипотенциальные линии без кругового паза в фокусирующем электроде; на фиг. 4 - разрез А-А фиг. 2J на фиг. 5-9 - графики зависимости физических параметров электронной пушки от геометрических размеров пушки. Электронная пушка содержит катодный узел, включающий один катод 1 цилиндрической формы радиуса Rt с торцовой сферической эмитирующей поверхностью 2 (радиус сферы ), в центре которой имеется неэмитирующая часть 3 радиуса tu, , фокусирующий электрод 4 радиуса Гер 2 с центральным отверстием радиуса t, и

3круговой проточкой 5 с перемычками 6 (фиг, 4). Расстояние катод-фокусирукнций электрод - cf , расстояние катод - паз фокусирующего электрода 2пА , размер проточки фокусирующего электрода Кроме того, устройство содержит анод 7 в виде металлической трубы, концентрически охватывающей катодньй узел, вьшускное окно 8 радиуса «V, в виде тонкой металлической фольги, закрепленной для лучшего теплоотвода на медной пласти- не-решетка 9, электрические соединенной с анодом, расстояние от катода до окна v.- электронный пучок 10 радиуса tv, , который, выходя через фольгу, выводится из вакуума в газовую среду.

При работе электронной пушки круговая проточка 5 с перемычками 6 и центральная неэмитирующая часть 3 катода обеспечивают равномерное распределение плотности тока на катоде и окне. Проникающее через проточку электрическое поле и отсутствие пространственного заряда в центральной части катода приводят к тому, что в области эмитирующей части катода электрическое поле оказывается равномерным - эквипотенциальные линии 11 (фиг. 2)вблизи катода практически параллельны его поверхности по сравнению с эквипотенциальными линиями при отсутствии круговой проточки в фокусирующем электроде (фиг. 3).

В электронной пушке применена пе- рефокусировка электронного пучка. Эмитируемые с катода электроны ускоряются электрическим полем анода и попадают в область фокусирующего электрода, где происходит их резкая фокусировка к осям системы. Кроссовер пучка находится между катодом и фокусирующим электродом (фиг. 1). За кроссовером происходит расширение пучка, и электроны пучка, двигаясь по траекториям, близким к прямолинейным, попадают на мишень и, пронизывая ее, выходят в атмосферу.

Для уменьшения габаритных размеров электронно-оптической системы при сохранении высокого коэффициента токопрохождения через окно необходимо, чтобы расстояние от катода до выпускного окна бьшо как можно меньше (фиг. 1). Минимально возможная величина выбрана из следующих соображений. Дпя эффективного охлаж71914

дения фольги окна толщина Ом медной пластины 9 выбирается равной 2-3 мм,

0,35. При указанной велит.е.

м iU

5 чине -г- из простых геометрических

построений следует, что электронньв пучок практически не-перехватывается поверхностями отверстий в медной

fQ пластине, если

Гм

.2

1.li-M

Гм

Принимая по внимание, что ,3, из выражения (1) получаем

53 1 JJ, I. ic

Наличие круговой проточки 5 по боковой поверхности фокусирующего электрода и. неэмитирующей части в центре катода обеспечивает равномерное распределение плотности газа на

катоде и, как следствие этого, повышение его срока службы и всей пушки в целом. Форма фокусирующего электрода и расположение его на достаточно большом расстоянии от анодной трубы

(i312o:i 8) исключают возможность

электрических пробоев, что также повышает срок службы пушки.

Возможность работы предлагаемой электронной оптической системы (ЭОС) в непрерывном режиме обусловлена тем, что предлагаемая конструкция пушки обеспечивает формирование , электронного пучка с весьма низким первеансом (р. 0,0004 -10 С А/вЮ .

Расчеты и экспериментальные исследоваНИН показывают, что при указанном значении первеанса и анодном напряжении порядка и л, 200-300 кВ, обычно используемом в таких типах пушки, величина удельной мощности, рассеиваемой на мишени, не превьш1ает предельного значения. При этом температура центральной части медной пластины и фольги не превьш1ает 400-450 С, и распыления меди, снижающего срок службы прибора, не происходит.

50 И,

.пРеА. см

55

Конструкция пушки, обеспечивающая требуемое сочетание параметров, получена с помощью оптимизационных рас5четов на ЭЦВМ. Основные результаты этих расчетов (фиг, 5-9) приведены в виде зависимостей величин , § tn А Зосеа. ° лГ и J5 -g- , характеризую щих свойства предлагаемой ЭОС, от ее основных геометрических размеров Величина у характеризует распределение плотности тока на мишени. Величина вычисляется по формуле N .-;. .. 2) 5 где Д К t - х- плотность тока на окне в пределах площади S i токовой трубки средняя плотность тока на окне, SM полная площадь окна, N - число токовых трубок, на ко торые разбит электронный пучок (желательно, чтобы ве личина бьша возможно мень- . шей) . Отношение радиуса луча у к рад су мишени t характеризует величину удельной мощности, рассеиваемой на фольге окна. С целью снижения удельной мощное ти рассеивания необходимо, чтобы л-« р - -./t ; Отношение части тока . ,ос дающего на трубе-аноде к полному то ку пучка dn характеризует токопро1хождение пучка .в системе. Для получения максимального токопрохождения дОосеА пучка величина Ji должна стремиться к нулю ( Jb 0) . Из графиков {фиг. 5-9) следует, что при выбранных значениях Ге /г для обеспечения равномерности распределения плотности тока на окне ( JO 0,25 - 0,27), требуемого охвата пучком окна (1 - -jr 0,05) и высокого токопрохождения ( 4 5%), геометрические размеры пущки должны лежать в пределах - 3,1 - 4,3, If.а 0,09 - 0,12, 1,45 - 1,57, о 2, 0,487 - 0,502, -0,4 - 0,1, -% 0,17 - 0,18. Предлагаемая конструкция электроной пущки проста и технологична. спользование одного катода вместо ескольких, малые поперечные размеры атода (радиус катода на порядок 1 М еньше радиуса окна . -р- 9,3) ч беспечивают уменьшение потребляемой ощности в цепи питания и тем самым овышают экономичность системы.

UZ-i

Фад.2

ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА для форьшрования,пучков с большим поперечным сечением, содержащая соосно расположенные катод с торцовой сферической эмитирующей поверхностью, фокусирующий электрод, имеющий форму цилиндрического стакана с пролетным отверстием в торцовой части, и анод, выполненный в виде полого цилиндра, торцовая часть которого вакуумноплотно закрыта вьшускным окном, расположенного коаксиально катоду и фокусирующему электроду, отличающаяся тем, что, с целью упрощения ее конструкции и повьшения срока службы, в центре сферической поверхности катода сделан неэмитирующий участок, а в боковой цилиндрической части фокусирующего электрода вьшолнена сквозная кольцевая проточка с перемычками, при этом размеры электродной системы удовлетворяют следующим соотношениям: 8,8 ,8; -.55,1,7.| 1,9; 3,U-§J- 4,3, 0. 0,12; 1,454 9J 1.57; . q .. 0, 0,502; -0,4 - 0,1; . 0,18, 0,17 -IV где 2 ГУТ, - поперечный размер вьшускного окна, 9 - радиус катода; 5(, радиус пролетного отверстия фокусирующего электрода; радиус фокусирующего электрода; 4и, - радиус неэмитирующего участка катода; радиус кривизны эмитирующей поверхности катода; 2:vtM расстояние от катода до выпускного окна; 2q - расстояние катод-фокусиI;D рующий электрод 2. - расстояние катод-проточка фокусирующего электрода, высота кольцевой проточки.

--ГЕ aiфуг.4 ,Г„ fl.1.% § t 1.1 0,7 0,480,49 Фиг.6 1.71,В -Jэ 0,50 0,51

го4

т

10

O.ffS

«

Вл /v