Способ получения электронного луча в аксиально-симметричном генераторе с термокатодом Советский патент 1987 года по МПК H01J3/02 

Изобретение относится к технологии изготовления электровакуумных приборов, в частности к генераторам электронного луча высокого постоянст на для обработки материалов,

Целью изобретения является повышение стабильности мощности луча на изделии ,

На фиг.1 и 2 приведены примеры расположения электродов системы-генератора электронного луча и геометрия электронного луча; на фиг. 3 - схема для подогрева катода.

Катод 1 (фиг,1) окружен кольцеоб- разным вспомогательным электродом 2, Вспомогательный электрод 2 имеет более отрицательный потенциал, чем катод 1. Если катод 1 нагреть, то он эмиттирует преимущественно со своей поверхности 3 электронный луч, который движется в направлении анода 4 с отверстием 5 и проходит сквозь него.

На отдельных электродах могут быть следующие, напряжения: на катоде -50 кВ, вспомогательном электроде 50,5 кВ и на аноде ОВ.

Эквипотенциальная поверхность 6 для потенциала поверхности катода от края 7 поверхности 3 катода слегка поднимается и над вспомогательным электродом 2 снова имеет тот же вид, за счет чего электроны, выходящие с боковых поверхностей катода, не до бавляются к лучу.

Благодаря указанному расположению катода и вспомогательного электрода возможно совместно с нагревом катода до постоянной температуры оптималь- нов использование системы по мощности, при этом полезно влияние вспомогательного электрода. 2 как параметра для формировани-я электронного луча.

Катод работает в режиме насьщения и над поверхностью катода не образуется зона пространственного заряда. Причиной образования этой зоны в известных устройствах является то, что при неточном выборе эмиттирующей по- верхности катода для управления токо луча требуется подавать сравнительно высокий отрицательный потенциал на электрод Венельта, за счет чего отсасывающая напряженность поля перед катодом СИЛЬНО уменьшается. В этом случае перед катодом образуется зона пространственного заряда из электронов. Обращенная к аноду поверхность

зоньЕ пространстненного заряда действует как виртуальный источник электронов. Так как эмитирующая площадь зоны пространственного заряда всегда большем, чем активная площадь самого катода, то плотность эмиссии в таких системах меньше, т.е. направленность электронного луча хуже.

Формирование луча можно изменять посредством вспомогательного электрода 2- (фиг.2). В отличие от фиг. 1 потенциал вспомогательного электрода 2 выбран более отрицательным, например -51 кВ. Ход линии -50 кВ между к атодом и вспомогательньм электродом круче, чем на фиг.1.Это приводит к тому, что выходящие из катода электроны фокусируются в более тонкий электронный луч.

Таким образом, посредством установки напряжения на вспомогательном электроде можно изменять геометрию электронного луча без изменения силы тока в луче.

Ток эмиссии в режиме насыщения зависит только от температуры катода. Поэтому, чтобы в данном случае установить определенную силу тока электронного луча, мощность нагрева катода регулируется так, что катод постоянно имеет температуру, сс ответ стБующую требуемой силе тока.

Ток эмиссии i (фиг.З) течет от генератора высокого напряжения Н через резистор измерения тока Я„ к катоду К. На измерительном -резисторе падает пропорциональное току эмиссии напряжение Uj.. Генератор S обеспечивает напряжение U, пропорциональное току луча. Напряжения Uj .и Up подводятся к регулятору R, который .выставляет источник напряжения SQ цепи тока подогрева катода К так, чтобы Uf Uj, т.е. катод эмиттирует стабильный ток i , причем вследствие однозначной связи между током эмиссии и температурой катода поддерживается постоянная температура катода

Так как ток луча управляется посредством напряжения на цилиндре Венельта, то мощность накала устанавливают такую, чтобы катод принял более высокую температуру, чем это необходимо для получения желательного тока луча. В течение срока службы-, однако, сопротивление катода R( изменяется за счет испарения материала катода. Если катод нагревается стабильным током, то мощность на катоде япя нагрева и температура непрерывно возрастают, и, соответственно, снижается температура катода.

Изменение температуры катода в результате старения вызьшает изменение эмиссионной способности катода..Стабильный ток луча можно поддерживать регулированием напряжения на электро- де Венельта, однако одновременно изменения напряжения на цилиндре Венельта вызьшают изменение геометрии луча.

Эти недостатки устраняются при предлагаемом способе так как для получения требуемой формы луча установленное напряжение Венельта. не изменяется, поскольку мощность подогре- ва в течение срока службы катода ре- гулируется так, что катод всегда имеет одну и ту же температуру.

П р и м е р,,На вспомогательном электроде устанавливается напряжение и 600 В, обеспечивающее ток эмис- сии 50 мА, при этом на изделии, помещенном на расстоянии 50 см от катода диаметр луча 8 мм. При напряжении Венельта 500 В диаметр луча увеличивается до 15 мм, при напряжении Венельта 620 В он достигает 10 мм. Эффект постоянства мощности луча остается в пределах изменений напряжения Венельта 1-2%, однако фокусировка оптимальна, т.е. наименьший-диаметр луча достигается при напряжении Венельта 600 В.

е т е н и я

Формула изобр

Способ получения, электронного луча в аксиально-симметричном г енерато ре с термокатодом, анодом и вспомогательным электродом, поверхность которого, обращенная к аноду, размещена в одной плоскости с рабочей поверхностью катода, при котором на вспомогательный электрод подают постоянный отрицательный потенциал, а катод поддерживают в режиме насыщения, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности мощности луча на изделии, на вспомогательном электроде устанавливают напряжение на 1-2%. ниже потенциала катода.

///// f

7 -SOKB

Риг.2

Способ получения электронного луча в аксиально-симметричном генераторе с термокатодом реализован в устройстве, содержащем катод (К), вспомогательный электрод ( ВЭ) 2, анод 4. На ВЭ 2 подают постоянный отрицательный потенциал, а К 1 поддерживают в режиме насьш;ения, причем на БЭ 2 устанавливают напряжение на 1-2% ниже потенциала К .1 , . Изобретение повьппает стабильность мощности луча на изделии. 3 ил. с S СО ЬЛЛХУ -ffff S ,fHB ЧГХХ/уМ- -5О,5нВ -50 к& ы Фиг.1