ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЙ ПРИБОР Советский патент 1995 года по МПК H01J21/00 

Изобретение относится к электровакуумной технике, в частности к конструкции мощных высоковольтных электровакуумных приборов.

Целью изобретения является повышение КПД прибора за счет уменьшения внутреннего сопротивления постоянному току.

На фиг. 1 изображен предлагаемый электровакуумный прибор в разрезе; на фиг. 2 тот же прибор с коническим дополнительным электродом.

Прибор содержит диэлектрическую цилиндрическую оболочку 1, цилиндрический катод 2 с эмиттирующей поверхностью 3, петлевой алундированный подогреватель 4, осуществляющий нагрев эмиттирующей поверхности 3 до рабочей температуры, полый цилиндрический анод 5, припаянный к оболочке 1, первый внешний соленоид 6, расположенный в области анода 5 с ним, дополнительный электрод 7, выполненный в форме полого цилиндра с внутренним диаметром, например, равным внутреннему диаметру анода 5, и припаянный к оболочке 1, дополнительный внешний соленоид 8, расположенный соосно напротив дополнительного электрода 7, коллектор 9, выполненный в форме полого цилиндра, диаметр входного отверстия коллектора больше внутреннего диаметра. Выводы катода 2 и коллектора 9 выполнены в виде металлических дисков 10 и 11, являющихся частью оболочки 1 прибора, вывод 12 подогревателя 4 выполнен из штырька, изолированного с помощью керамического изолятора 13 от катодного диска 10, выводы анода 5 и дополнительного электрода 7 выполнены в виде колец 14.

Дополнительный электрод 7 может быть выполнен в виде полого усеченного конуса (фиг. 2) с внутренним диаметром меньшего основания, равным внутреннему диаметру анода, а с внутренним диаметром большего основания меньше диаметра входного отверстия коллектора 9. Внешний источник магнитного поля может быть объединен в один соленоид 15.

В качестве примера конструктивного выполнения прибора приводятся основные размеры.

Катод 2 прибора оксидно-никелевый губчатый на керне из сплава НВЗВ с площадью эмиттирующей поверхности 20 см². Анод 5, дополнительный электрод 7 и коллектор 9 выполнены из меди, расстояние между катодом и анодом 5 мм, между анодом и дополнительным электродом 1,5 мм, между дополнительным электродом и коллектором 20 мм. Магнитное поле в промежутке анод катод составляет 600 Гс, внутри дополнительного электрода 7 магнитное поле составляет ≈ 1000 Гс. Напряжение на аноде 2 кВ, на дополнительном электроде 3 кВ, на коллекторе 1 кВ, ток коллектора 10 А. Внутренний диаметр анода составляет 40 мм, внутренний диаметр цилиндрического дополнительного электрода 40 мм, внутренний диаметр меньшего основания дополнительного электрода 7, выполненного в виде полого усеченного конуса, также составляет 40 мм, диаметр входного отверстия коллектора составляет 46 мм, внутренний диаметр большего основания дополнительного электрода 43 мм.

Прибор работает следующим образом.

При отсутствии напряжения на аноде 5 и дополнительном электроде 7 электроны, эмиттированные катодом 2, нагретым до рабочей температуры 900^оС, благодаря наличию в промежутке анод-катод магнитного поля вращаются вокруг катода 2, не достигая анода 5 и не выходя из промежутка.

При подаче импульса напряжения на анод и дополнительный электрод и возникновении продольной составляющей электрического поля, сформированный кольцевой пучок электронов попадает на коллектор 9. Поскольку магнитное поле в промежутке анод-катод и внутри дополнительного электрода больше поля отсечки, то электроны, эмиттируемые катодом 2 и проходящие в полях анода 5 и дополнительного электрода 7, не достигают поверхности этих электродов и, следовательно, токи этих электродов практически равны нулю, что позволяет использовать маломощные источники импульсного напряжения для управления работой прибора. В паузе между импульсами ток коллектора прерывается, так как отсутствуют напряжения на аноде и дополнительном электроде.

Дополнительный электрод 7, создающий продольную составляющую электрического поля, позволяет вывести трубчатый электронный пучок из промежутка анод-катод и направить его к коллектору. При этом благодаря сравнительно малому расстоянию между дополнительным электродом и катодом подаваемое на этот дополнительный электрод напряжение примерно на порядок величины меньше, чем напряжение на коллекторе в известном техническом решении. Уменьшение требуемого потенциала коллектора в период токопрохождения позволяет уменьшить внутреннее сопротивление прибора, определяемое отношением потенциала коллектора прибора в период токопрохождения к току коллектора. Соответственно возрастает КПД прибора, определяемый отношением полезной (коммутируемой) мощности к мощности, потребляемой от источников питания электродов прибора. Ограничение на диаметр дополнительного электрода позволяет обеспечить минимальный ток этого электрода.

При выполнении дополнительного электрода в виде полого усеченного конуса в пространстве между дополнительным электродом и коллектором создается расходящийся пучок электронов и уменьшается удельная тепловая нагрузка на коллектор, так как при одном и том же токе площадь, на которую попадает этот пучок, увеличивается. Это позволяет повысить надежность работы прибора за счет уменьшения температуры рабочей поверхности коллектора.

Дополнительный внешний источник постоянного магнитного поля, превышающего поле отсечки, расположен напротив дополнительного электрода с целью фокусировки электронного пучка и практического исключения попадания электронов на дополнительный электрод. Кроме того, внешний дополнительный источник постоянного поля, выполняет функцию сопровождения электронного пуска на пути от дополнительного электрода к коллектору.

При необходимости упрощения конструкции прибора внешние источники постоянного магнитного поля могут быть выполнены в виде единой системы с различными значениями напряженности магнитного поля, на участках, расположенных напротив анодно-катодной системы и напротив дополнительного электрода, но при этом снижается возможность независимого изменения напряженности магнитного поля в промежутке анод-катод и внутри дополнительного электрода.

1. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЙ ПРИБОР со скрещенными электрическим и магнитным полями, содержащий диэлектрическую оболочку, размещенные внутри нее соосные цилиндрический катод, охватывающий его полый цилиндрический анод и полый коллектор с входным отверстием и внешний источник постоянного продольного магнитного поля, выполненный в виде соленоидов, один из которых размещен в области полого анода, а дополнительный в области между катодом и коллектором, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД за счет уменьшения внутреннего сопротивления постоянному току, между катодом и коллектором соосно с ними установлен дополнительный полый электрод, внутренний диаметр которого не менее внутреннего диаметра анода и не более диаметра входного отверстия коллектора, а дополнительный соленоид расположен в области дополнительного электрода. 2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что дополнительный электрод выполнен в виде полого усеченного конуса, меньшее основание которого, обращенное к аноду, имеет внутренний диаметр не менее внутреннего диаметра анода, а большее основание имеет внутренний диаметр не более диаметра входного отверстия коллектора.