ДИОД С МАГНИТНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ Советский патент 1996 года по МПК H01J1/30 H05H5/00 

Изобретение относится к сильноточной электронике и может найти применение в ускорительной технике, релятивистской СВЧ-электронике и других областях техники, в которых используются электронные пучки.

Цель изобретения увеличение азимутальной однородности электронного пучка в коаксиальных диодах с магнитной изоляцией.

Диод с магнитной изоляцией содержит коаксиально расположенные взрывоэмиссионный катод, анод и импульсный соленоид, катод изготовлен из высокопроводящего материала, например из меди или проводящего ферромагнитного материала с высокой индукцией насыщения, например из трансформаторной стали Э340. Толщина катода выбирается минимальной из условия механической устойчивости его формы в импульсном магнитном поле.

При воздействии высоковольтного импульса напряжения на диод в магнитном поле соленоида на кромке катода, согласно явлению взрывной эмиссии, возникают плазменные эмиссионные центры, количество и линейная плотность которых зависят от напряженности электрического поля Е и индукции магнитного поля В. Линейная плотность эмиссионных центров на катоде определяет степень азимутальной однородности электронного пучка.

В случае использования катода из материала с высокой проводимостью, например из меди, изменяющееся во времени магнитное поле соленоида наводит ток в медном витке катода, который выталкивает часть силовых линий магнитного поля из внутренней области витка во внешнюю, тем самым существенно увеличивая индукцию магнитного поля В вблизи кромки катода.

Характерный размер области увеличенного магнитного поля сравним с толщиной катода. Так как в большем магнитном поле образуется больше эмиссионных центров, то и однородность пучка становится выше.

В случае применения катода из ферромагнитного материала индукция магнитного поля у кромки катода увеличивается за счет стягивания части силовых линий магнитного поля соленоида к ферромагнитному материалу согласно закону сохранения магнитного потока, в результате чего увеличивается количество плазменных эмиссионных центров на кромке катода при приложении высоковольтного импульса напряжения к диоду. Увеличение количества эмиссионных центров влечет за собой улучшение азимутальной однородности трубчатого электронного пучка. Область с увеличенной индукцией магнитного поля имеет характерный размер порядка толщины катода.

Существенным отличием изобретения является то, что ферромагнитный материал, применяемый в качестве катода, должен иметь высокую индукцию насыщения (ЭЗ40, пермендюр и др.) для максимального увеличения магнитного поля вблизи кромки катода.

На чертеже схематично показан предлагаемый диод, содержащий коаксиальное расположенные катод 1 из проводящего ферромагнитного материала, выполненного в виде полого цилиндра, анод 2, импульсный соленоид 3 и коллектор 4.

Диод функционирует следующим образом.

При подаче импульса напряжения на диод на кромке катода 1 образуются взрывоэмиссионные центры, количество которых увеличено за счет локального увеличения индукции магнитного поля вблизи кромки тонкостенного трубчатого катода, выполненного из высокопроводящего или ферромагнитного материала. В результате возрастает азимутальная однородность плазмы на катоде, и соответственно, трубчатого электронного пучка, эмиттируемого плазмой.

Выбор материала катода для решения поставленной цели не является очевидным. Известно, что область усиления индукции магнитного поля у кромки катода мала и имеет характерный размер порядка толщины катода, а распределение потенциала в этой области диода с учетом объемного заряда пучка не имеет аналитического выражения, поэтому невозможна оценка ларморовского радиуса электронов, а значит и величины радиуса экранировки катода объемным зарядом пучка, который, в свою очередь, определяет число эмиссионных центров на катоде и, соответственно, степень однородности трубчатого электронного пучка. Выбор материала катода проведен экспериментально. Исключительность применения меди для данного типа катодов обусловлена ее высокой проводимостью. Применение других материалов с меньшей проводимостью нецелесообразно, так как это приведет к уменьшению индуцированного тока из-за активных потерь в материале катода. Применение материалов с более высокой чем у меди проводимостью, например из серебра, представляется неоправданным из-за его стоимости.

Катод из высокопроводящего материала целесообразно применять только в импульсных магнитных полях. Катод из ферромагнитного материала можно применять как в импульсных, так и постоянных магнитных полях.

Техническое преимущество предложенного технического решения состоит в улучшении физических характеристик пучка электронов, в частности уменьшения поперечной неоднородности плотности тока в азимутальном направлении.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к сильноточной электронике. Цель изобретения - увеличение азимутальной однородности электронного пучка в коаксикальных диодах с магнитной изоляцией. Диод с магнитной изоляцией содержит коаксикально расположенные взрывоэмиссионный катод, анод и импульсный соленоид. Катод изготовлен из высокопроводящего материала, например из меди, или проводящего ферромагнитного материала с высокой индукцией насыщения. Толщина катода выбирается минимальной из условия механической устойчивости его формы в импульсном магнитном поле. Техническое преимущество решения состоит в улучшении физических характеристик пучка электронов, в частности уменьшения поперечной неоднородности плотности тока в азимутальном направлении. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ДИОД С МАГНИТНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ, содержащий коаксиально расположенные катод со взрывной эмиссией, анод и импульсный соленоид, отличающийся тем, что, с целью увеличения однородности электронного пучка по азимуту и упрощения конструкции, катод выполнен в виде полого цилиндра из материала с высокой проводимостью. 2. Диод по п.1, отличающийся тем, что катод выполнен в виде полого цилиндра из ферромагнитного материала.