Импульсный источник электронов со взрывной эмиссией Советский патент 1990 года по МПК H01J1/30 H01J3/02 

анода. Стержень катода изготовлен из вилита, а держатель выполнен с возможностью изменения рабочей длины стержня без изменения неличины анодкатодного промежутка (cAJ . Рабочая длина стержня 1 соответст вует соотношению 1.,) где - наибольшая из величин напряжений предимпульса .и послеимпульса (КБ). Стержень катода из вилита остается диэлектриком при напряжении йеньшем или равном Цд . Следовательно, напряжение предимпульса меньшее, чем мйкс создает ток -проводимости в стержне катода и не приводит к образованию.электронов предимпульса. После прохождения основного импульса тока через стержень катода и появления напряжения послеимпульса меньшего, чем диэлектрические свойс тва вилита восстанавливаются и стержень катдда снова становитсяИзолятором. Следовательно, напряжение послеимпульса не создает тока проводимост через стержень катода и не приводит к прохождению тока через анод-катодный промежуток. Таким образом, подбор длины 1 стержня вилитового катода в соответствии с вьфажением (1) обеспечивает эффективное подавление как предимпульса, так и послеимпульса электронного тока в диоде сильноточного ускорителя. Поскольку отсутствуют низкоэнергетичные компогНенты качество сильноточного РЭП повышается. При этом анодная фольга не прожигается при каждом импульсе Удается получить около 25 импульсов сильноточного РЭП без замены анодной фольги, что повышает ресурс источника. Конкретную длину 1 рабочей части катода, благодаря отличительным осо. бенностям предлагаемого источника, . можно устанавливать для конкретной величины основного импульса напряже. ния, подаваемого на анод-катодйый промежуток, исходя из соотношения 1 0,2 и„„, где - максимал нов из значений напряжений предимпул са и послеимпульса. Коэффициент 0,2 см получен эмпирически, измер кВ нием тока предимпульса и послеимпульса в зависимости от длины рабочей части стержня катода и от значений напряжений предимпульса и послеимпульса. Параметр U по сути может рассматриваться как расчетный. Конструктивный статический параметр - длина стержня определяется, исходя из расчетного напряжения, которое должно . вьщерживать вилитовый стержень, т.е. исходя из напряжения, при котором его сопротивление должно оставаться бесконечным. Зависимость между величиной пробойного напряжения и длиной стержня из вилита находится из справочных таблиц. Вместо величины U. можно рассматривать такой параметр источника, как энергия электронов на его выходе. Любое устройство, предназначенное для получения ускоренных заряженных частиц, конструируется, исходя из конкретного значения -энергии требуемой энергии частиц Е. По сути дела, энергия выступает, как статический параметр. Величина Е соответствует ускоряющему напряжению основного импуЛьса . А максимальное напряжение предимпульса или послеимпульса U составляет 2-5% от напряжения U pat. Исходя из этого соотношения для 1(см) может быть представлено в виде ,01 Е„, где Е - энергия на выходе источника в КэВ. Действительно, ,2 Ищач, мо,кс 0.02-0,05), Eo Up«fe где ё - заряд электрона, откуда и следует, что ,2-0,05 0,01 Е,. В качестве примера конкретного вьшолнения рассмотрим сильноточный наносекундньй источник электронов i со взрывной эмиссией, по сути являющейся диодом импульсного сильноточного ускорителя релятивистских электронов, рассчитанный на рабочий импульс напряжением 1,5 мВ с длительностью 25 НС. На чертеже представлена схема импульсного источника электронов. Источник содержит зарядное устройство 1, формирователь 2, разрядную камеру 3, в которую через изолятор 4 введен катодный стержень 5, закрепленный на держателе 6. Торец катода i 5 обращен к выходному отверстию, закрытому анодной фольгой 7. Узел перемотки 8 анодной фольги и прижим ной фланец 9 размещены в камере дре фа 10, где за анодной фольгой 7 находится исследуемый, облучаемый образец 11. Катодный стержень 5 выпол нен из вилита. Конструкция держателя 6 позволяет изменять длину 1 рабочей части катодного стержня, выступающую из держателя в разрядную камеру 3 без изменения величины Г.| анод-катод ного промежутка. Для этого держател 6 может быть выполнен, например, из двух стаканов - большего и меньшего соединенных с помощью резьбы. На дне большего стакана, установленного в изоляторе, неподвижно закреплен один конец стержня 5, а через отверс тие в дне меньшего стакана при обеспечении скользящего электрического контакта другой конец стержня 5 выведен в камеру 3. Перед началом эксплуатации источника устанавливают величину анодкатодного промежутка Л : (5-15 мм) являющегося ускоряющим зазором. Длину 1 рабочей части стержня 5 устанав ливают, вращая меньший стакан держателя 6. Предварительно измерив величины предимпульса и послеимпульса, выбрав из них максимальные значения и„ , определяют 1 в соответствии . Лике , , с отношением (1). Попере ный размер стержня 5 катода определяют, исходя из требований на поперечные размеры электронного пучка и предельной пропускной способности вилита. Известно, что для вилитовых дисков диаметром 100 мм и импульса напряжения с фронтами нарастания и спада соответственно 4 и 10 МКС пропускная способность составляет 65 кА. Следует также учитывать величину падения напряжения на катоде U, которая оценивается, исходя из выражения .и, 157-С - - I, де С 750 Ом.А ) ; площадь катода, см ; 1 - длина катода, см; з( - коэффициент нелинейности :: (,14-0, 2); % - ток проводимости. А, Предлагаемый импульсный источник работает следующим образом. При зарядке формирователя 2 от зарядного устройства 1 на держателе 6 катода появляется предимпульсное напряжение, которое прикладывается к ускоряющему зазору Л., и к стержню 5 катода. Поскольку длина стержня 1 катода выбрана в соответствии с выражением (1), а величина напряжения предимпульса меньше м стержень вилитового катода остается диэлектриком и ток проводимости через стержень от действия предимпульсного напряжения отсутствует. Взрывная эмиссия на торце катода не образуется, и в ускоряющем зазоре «/дц электроны, обусловленные предимпульсом, отсутствуют. При коммутации зарядного устройства 1 формируется высоковольтный (основной) импульс, который также подводится к держателю 6 катода. Так как амплитуда основного импульса напряжения значительно превышает , то под действием напряжения основного импульса происходит пробой внутреннего объема стержня 5 катода и ускоряющее напряжение прикладывается к зазору ffln Под действием сверхвысокого напряжения с отрицательной полярностью на катоде имеет место вначале импульса автоэлектронная, а затем и взрывная эмиссия электронов. Электроны ускоряются в промежутке 1/ проходят tjepe3 анодную фольгу 7 и попадают на исследуемый образец 11. После завершения действия основного импульса напряжения, вследствие неполной передачи энергии от накопительных устройств к диоду, имеет место передачи в диод остаточной энеогии при напряжении послеимпульса. Так как величина напряжения послеимпульса меньше U , диэлектрические свойства вилита восстанавливаются и стержень 5 катода снова становится изолятором. В этом случае напряжение послеимпульса и ток проводимости в зазоре резко уменьшаются, а плазма, образовавшаяся в зазоре между катодом и анодной фольгой при формировании основного импульса электронного тока, распадается. Следовательно, отсутствие тока, проходящего через плазму в послеимпульсе, не приводит к прожиганию анодной фольги 7, что и дает повьш1ение ресурса работы источника без смены анодной фольги. Напряжение рабочего импульса составляет 1,5 мВ при длительности 25 НС.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технике получения импульсных сильноточных релятивистских электронных пучков. Цель изобретения - повышение качества пучка электронов путем подавления низкоэнергетичного потока, следующего за основным импульсом, и повышение ресурса источника. В импульсном источнике электронов со взрывной эмиссией, включающем формирователь импульсного высоковольтного напряжения и вакуумный диод, в диоде анод выполнен из плоской фольги и перекрывает выходное отверстие. Катод имеет форму стержня и обращен торцом к плоскости анода. Стержень катода изготовлен из вилита, а держатель выполнен с возможностью изменения рабочей длины стержня без изменения величины анод-катодного промежутка. Технико-экономические преимущества источника электронов заключаются в повышении качества пучка электронов, которое выражается в улучшении энергетического спектра пучка и улучшении распределения тока по сечению пучка. Кроме того, увеличивается в 20 раз ресурс работы катода. 1 ил.