КАТОДНО-ПОДОГРЕВАТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ Советский патент 1994 года по МПК H01J1/20 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к устройству электронной пушки, и может быть использовано, например, в высоковольтных ускорителях электронов для радиационной технологии.

Известен катодно-подогревательный узел электронной пушки, в котором эмиттер выполнен из гексаборида лантана, а держатели эмиттера изготовлены из пиролитического графита и являются одновременно подогревателями. В известном устройстве эмиттер выполнен в виде стержня квадратного сечения (1 х 1 мм²) и зажат между двумя держателями из пиролитического графита массивными медными стойками. Так как подогреватели зажаты между массивными стойками, происходит значительный теплоотвод, что увеличивает мощность накала. Кроме того, известная конструкция не позволяет применять эмиттеры с большой эмиттирующей поверхностью, так как пропорциональное увеличение размеров узла приводит к недопустимо высоким значениям накального тока.

Известен также катодный узел, содержащий цилиндрический керн, в торце которого укреплена таблетка из эмиттирующего вещества, и подогреватель из углеродистого материала. В этом устройстве подогреватель выполнен в виде конической спирали и эмиттер разогревается в основном за счет ее теплового излучения, так как процент передачи тепла посредством теплопроводности от верхнего торца спирали невелик. При этом температура подогревателя существенно превышает температуру эмиттера, и срок службы узла оказывается малым. Срок службы снижается также из-за отсутствия контролирующего усилия в контакте между таблеткой, буртиком керна и подогревателем. Кроме того, устройство является сложным из-за трудности изготовления спирали из углеродистых материалов.

Целью изобретения является увеличение срока службы катодно-подогревательного узла.

Поставленная цель достигается тем, что в катодно-подогревательном узле, содержащем цилиндрический керн, в торце которого укреплена таблетка из эмиттирующего вещества, и подогреватель из углеродистого материала, между керном и таблеткой расположен кольцевой графитовый держатель, а подогреватель выполнен из анизотропного пиролитического графита в виде тела вращения, причем ось С графита совпадает с осью вращения тела подогревателя, а токоввод к подогревателю подпружинен в сторону буртика керна относительно его основания.

Кроме того, кольцевой держатель выполнен из анизотропного пиролитического графита, причем ось С графита совпадает с осью кольца.

Предлагаемое устройство изображено на чертеже.

В танталовый цилиндрический керн 1 вставлен кольцевой графитовый держатель 2, в который помещена таблетка из эмиттирующего вещества 3. Контактный подогреватель 4 и токоввод 5 изолированы от керна керамическим изолятором 6. Керн с помощью держателей 7 закреплен на опорной втулке 8. Токоввод через изолятор 9 подпружинен относительно основания керна пружиной 10, нижний конец которой зафиксирован гайкой 11, ввернутой в опорную втулку.

Устройство работает следующим образом. Подогреватель 4 разогревается проходящим по нему током и передает тепло таблетке из эмиттирующего вещества 3 за счет теплопроводности, в результате чего таблетка из эмиттирующего вещества 3 нагревается до температуры эмиссии.

Эмиттер из гексаборида лантана находится в контакте только с графитовыми деталями, что исключает их химическое взаимодействие с эмиттером ввиду химической инертности графита к материалу эмиттера при рабочих температурах. Контактный подогрев снижает до минимума разность температур между подогревателем и эмиттером. В аксиально-симметричной конструкции подогреватель целесообразно выполнить в виде тела вращения (цилиндр, усеченный конус), причем ось C анизотропного пиролитического графита, в направлении которой его сопротивление велико (0,3-0,5 Ом˙см), должна совпадать с осью вращения подогревателя для того, чтобы токи накала были приемлемыми. В разработанных конструкциях катодно-подогревательных узлов они лежат в пределах 12-20 А. Постоянство электрического контакта в угле поддерживается за счет подпружинивания его основания.

Исполнение кольцевого держателя из анизотропного пиролитического графита позволяет снизить теплопередачу от эмиттера к керну, что является следствием низкой теплопроводности указанного материала в направлении оси C (2,5-4,0 Вт/м˙К). В разработанных конструкциях узлов разность температур между эмиттером и буртиком керна составляет 150^оС при рабочей температуре эмиттера 1500^оС.

Технико-экономическими преимуществами изобретения по сравнению с прототипом являются долговечность в связи со снижением температуры подогревателя и выполнением его цельным; экономичность в связи с контактным нагревом, а также снижением тепловых потерь благодаря использованию анизотропных свойств пиролитического графита; простота изготовления узла в связи с простой формой подогревателя.

Опытная эксплуатация катодно-подогревательного узла в высоковольтном ускорителе электронов показала его работоспособность в течение 2700 ч.

1. КАТОДНО-ПОДОГРЕВАТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ, содержащий цилиндрический керн, в торце которого укреплена таблетка из эмиттирующего вещества, и подогреватель из углеродистого материала, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы, между керном и таблеткой расположен кольцевой графитовый держатель, подогреватель выполнен из анизотропного пиролитического графита в виде тела вращения, причем ось C графита совпадает с осью вращения тела подогревателя, а токоввод к подогревателю подпружинен в сторону буртика керна относительно его основания. 2. Катодно-подогревательный узел по п.1, отличающийся тем, что кольцевой держатель выполнен из анизотропного пиролитического графита, причем ось C графита совпадает с осью кольца.