ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ Советский патент 1995 года по МПК H01J1/30 H01J3/02 

Изобретение относится к области сильноточной электроники и может найти применение в ускорительной технике, электронных приборах, установках для поверхностной обработки деталей и др.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей источника за счет получения профилированных пучков электронов.

Сущность изобретения состоит в том, что токоотбор пучка электронов осуществляется с границы плазменной поверхности скользящего разряда, движущегося по диэлектрику в сторону анода, т.е. направление движения катодной плазмы совпадает с направлением силовых линий электрического поля, которым вытягивается пучок электронов.

Введение обратного токопровода в катодный узел приводит к формированию тонкого слоя катодной плазмы скользящего разряда, повторяющего поперечный профиль поверхности диэлектрической вставки. Из тонкого слоя катодной плазмы формируется тонкий пучок электронов. Размещение анода на диэлектрической вставке с противоположной катоду стороны позволяет осуществить условия зажигания катодной плазмы и токоотвода пучка электронов. Выполнение профилированными поверхностей диэлектрической вставки, катода и анода позволяет формировать электронные пучки этого профиля.

На фиг.1 схематически изображен импульсный источник электронов; на фиг.2 и 3 варианты выполнения источника электронов с разной формой диэлектрической пластины и формируемого электронного пучка; на фиг.4 приведены зависимости распределения плотности тока, подтверждающие работоспособность устройства для формирования импульсных электронных пучков. Импульсный источник электронов состоит из вакуумной камеры 1, проходного высоковольтного изолятора 2, катодного токоввода 3, токопровода 4, катода 5, диэлектрической пластины 6, анода 7, генератора импульсного напряжения 8, факела плазмы 9, электронного пучка 10.

В вакуумной камере 1 через проходной высоковольтный изолятор 2 размещается катодный узел, который состоит из катодного токоввода 3, обратного токопровода 4, катода 5 и диэлектрической пластины 6.

С противоположной катоду 5 стороны на диэлектрическую пластину 6 устанавливается анод 7. Анод 7 является "прозрачным" для электронов на той части, которая прилегает к диэлектрической пластине 6. Давление остаточного газа в вакуумной камере составляет ≈10^-5 Тор.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на диод импульса напряжения от генератора 8 на катоде за счет взрывных эффектов формируется катодная плазма. Сформированная катодная плазма распространяется в сторону анода 7 по поверхности диэлектрической пластины 6. Пока катодная плазма не достигнет анода 7, из нее электрическим полем осуществляется токоотбор пучка электронов. Поскольку анод 7 является "прозрачным" для электронов (им может быть металлическая сетка или фольга из титана или бериллия), то электроны проходят через него и их можно использовать, например, в экспериментах по физике твердого тела, модификации поверхности конструкционных материалов. Исходя из требований на профиль электронного пучка по поперечному сечению, поверхность диэлектрической пластины 6 выполняется того же профиля (той же геометрии), на которой располагаются анод 7 и катод 5. При этом катод 5 и анод 7 имеют геометрию той же профильной поверхности диэлектрической пластины 6. Введение в катодный узел токопровода размещенного на обратной стороне, приводит к тому, что плазменный слой, который распространяется к аноду 7, из-за взаимодействия токов (тока разряда + эмиссии и тока в обратном токопроводе 4) притягивается к диэлектрической пластине 6. Последнее означает возможность получения тонких электронных пучков.

П р и м е р. Изготавливают опытный образец источника электронов.

Для этого на экспериментальном стенде в вакуумной камере электронной пушки располагают катодный узел и анод. В экспериментах исследуют источник электронов, формирующий пучок электронов в виде узкой прямоугольной полоски и в виде ступеньки в поперечном сечении. Для этого в катодном узле диэлектрическая пластина 6 выполнялась в виде полоски с ровной поверхностью и полоски со ступенчато изменяющейся поверхностью (см.фиг.2).

Катод 5 выполняют в виде тонкой медной фольги в соответствии с геометрией диэлектрической пластины 6. Анод 7 изготавливают в виде узкой полоски из бериллия толщиной 50 мкм и из металлической сетки (нержавеющая сталь) с коэффициентом прозрачности к ≈0,6. Давление остаточного газа в вакуумной камере 1 ≈10^-5 Тор. Источник электронов запитывают от промышленного генератора импульсного напряжения типа Аркадьева-Маркса ГИН-400. Эксперименты показали, что величина токоотбора пучка электронов подчиняется закону Чайльд-Ленгмюра. Кроме того, необходимо выбирать, толщину диэлектрика из условия электрической прочности диэлектрика. В экспериментах применяют диэлектрик из фторпласта, оргстекла, винипласта толщиной 4-10 мм. Напряжение, поступающее на источник электронов от генератора 50-350 кВ, длительность импульса напряжения ≈150 нс. Измерение поперечного профиля пучка электронов осуществляют секционированным коллектором из проволочных коллекторов (диаметр электрода 0,25 мм), расположенных с шагом 2 мм по обеим координатам.

Изобретение позволяет расширить функциональные возможности источника электронов, в частности получать электронные пучки требуемого профиля.

Изобретение относится к области сильноточной электроники и может быть использовано в ускорительной технике, электронных приборов, установках для поверхностной обработки деталей. Цель изобретения расширение функциональных возможностей - достигается путем получения профилированных пучков электронов. Сущность изобретения состоит в том, что токоотбор пучка электронов осуществляется с границы плазменной поверхности скользящего разряда, движущегося по диэлектрику в сторону анода. При этом направление движения катодной плазмы совпадает с направлением силовых линий электрического поля, которым вытягивается пучок электронов. Импульсный источник электронов состоит из следующих основных элементов: вакуумной камеры 1, проходного высоковольтного изолятора 2, катодного токоотвода 3, токоотвода 4, катода 5, диэлектрической пластины 6, анода 7, генератора 8 импульсного напряжения, факела 9 плазмы, электронного пучка 10. 4 ил.

ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ, включающий вакуумную камеру, проходной высоковольтный изолятор, катодный узел, состоящий из катода и токопровода, размещенный на диэлектрической пластине, и анод, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет получения профилированных пучков электронов, токопровод катодного узла размещен на обратной и боковой поверхностях диэлектрической пластины, анод установлен на той же плоскости диэлектрической пластины, на которой размещен катод, с противоположной катоду стороны, при этом поверхности катода, анода и диэлектрической пластины выполнены с профилем по поперечному сечению, соответствующим профилю электронного пучка.