Способ изготовления электронного прибора с металлическим фотокатодом Советский патент 1993 года по МПК H01J9/02 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к сильноточным фотоэмиссионным импульсным источникам электронов, и может быть использовано при создании промышленных ускорителей технического применения и импульсных управляемых СВЧ-источников для нагрева плазмы в термоядерных ловушках.

Целью изобретения является повышение эффективности фотокатода.

Цель достигается тем, что после сборки электронного прибора активирование поверхности фотокатода производится импульсным разрядом, который инициируется лазерным облучением поверхности катода,

На чертеже изображена функциональная схема высоковольтной электронной пушки с фотокатодом, на которой реализуется данный способ.

Задающий генератор 1 импульсов соединен с блоком управления ультрафиолетового лазера 2 с длиной волны излучения 249 нм. Вдоль оптической оси лазерного луча для наблюдения за формой лазерного импульса и измерения энергии установлен регистратор 3 отраженного света, для формирования луча установлены коллиматор 4, ослабитель 5 и

оо о

XI

ел

N) Ю

кварцевая линза 6. Анод 7 электронной пушки, фотокатод 8 и место 9 для возможной установки калиброванного измерителя энергии лазерной вспышки размещаются в вакуумной камере 10, имеющей высоковольтный вакуумный ввод, через который высоковольтный источник 11 соединен с катодом 8 пушки. Анод 7 и катод 8 образуют электронно-оптическую систему прибора.

Измерительная схема включает сопротивление 10 Ом, через которое анод 7 замкнут на землю, и двухлучевой осциллограф 12, соединенный с анодом и контролирующим регистратором 3 отраженного света.

Перед откачкой камеры 10 запускают генератором 1 лаз.ер 2 и формируют на катоде четкое световое пятно с помощью кол- лиматора 4 и линзы 6. После этого производят (при вынутом катоде) калибровку энергий лазерного света по величине .отраженного от ослабителя 5 лазерного света с помощью измерителя мощности лазерного излучения, установленного на место 9 в вакуумной камере. Затем катод устанавливают в вакуумную камеру и присоединяют к нему высоковольтный источник 11 питания. Откачивают объем вакуумной камеры до значения мкм рт.ст. включают высоковольтный источник питания и лазер. При воздействии лазерного света фотокатод эмиттирует электроны, которые формируются в элекгронныйлуч под действием электрического поля между катодом и анодом пушки, возникающего при приложении потенциала к катоду от высоковольтного источника питания,

Обычно эффективность фотокатода электронного прибора определяется величиной квантового выхода

Y-Qh/E,

где Q - заряд электронов, ушедший с фотокатода в режиме насыщения тока, определяется интегрированием импульса фототока с катода;

Е - энергия лазерной вспышки, определяемая по сигналу с регистратора отраженного света с помощью предварительной калибровки;

h - энергия кванта лазерного света.

Величина квантового выхода неактивированных металлических катодов (из алюминия, магния и др, и их сплавов) из-за наличия на поверхности пленки окислов. Ак- тивирование поверхности по существу заключается в обработке поверхности катода.

По предлагаемому способу активирова- ние поверхности производят путем подбора плотности энергии лазерной вспышки на катоде до величины 2 -10 10 Дж/см Дни тельность вспышки эксимерного лазера сослав ляет15-20нспополувысоге. В приведенной на чертеже схеме подбор необходимой энергии можно осуществлять за счет изменения режима работы лазера и изменения толщины ослабителя 5. Увеличивая напряжение на катоде, доводят его до пробойного, а затем снижают до величины 0,7-0,8 от пробойного. При таких режимах в момент освещения поверхности катода лазером между катодом и анодом пушки-зажигается импульсный электрический разряд длительностью 0,2- 0,5 мкс, энергию которого поддерживают в

5 пределах 50-100 Дж на квадратный сантиметр освещаемой поверхности катода за счет подбора величины зарядной емкости высоковольтного источника питания.

Ограничения на режим работы в про0 цессе активирования получены опытным путем. Уменьшение напряжения на пушке меньше 0,7 от пробойного или плотности энергии лазерной вспышки менее Дж/см2 приводите значительному уменьшению веро5 ятности зажигания разряда. Увеличение напряжения выше 0,8 от пробойного приводит к частым неконтролируемым пробоям. Увеличение энергии лазерной вспышки выше Дж/см2 или увеличение энергии, выделяе0 мой в разряде, выше 100 Дж/см приводят к интенсивному разрушению поверхности фотокатода и снижению электрической прочности высоковольтных изоляторов ввода из-за напыления на них материала фото5 катода. Снижение энергии, выделяемой в разряде, меньше 50 Дж/см резко уменьшает эффективность активирования поверхности катода.

Способ был осуществлен для активиро0 вания, фотокатодов из магния и алюминия. На катоде пушки формировалось лазерное пятно размером 0,8 х 0,8 мм2, энергия лазерной вспышки.составляла 0,65 мДж, а энергия, выделяемая в разряде - 0,3 Дж. Предваритель 5 но на катод подавалось напряжение 19 кВ, т.е. осуществлялся следующий режим активации: напряжение на катоде 0,7 от пробойного, плотность энергии лазерной вспышки 0,1 Дж/см2, плотность энергии, выделяемой в импульсном

0 разряде, 50 Дж/см2. Если на катод подавалось напряжение 18 кВ, то активирующий разряд зажигался только с вероятностью 0,5. При подаче напряжения выше 22 кВ работа была затруднена из-за неконтролируемых

5 пробоев. В результате активирования поверхности получены значения величины кванто- .вото выхода для алюминиевого и магниевого катода на уровне , что на два порядка превосходит квантовый выход неактивм о- ванной поверхности и в5-10 раз выше квантового выхода, получаемого при активиро- вании поверхности прогревом или наращиванием мощности лазерной вспышки.

Реализация изобретения позволит значительно поднять эффективность разборных импульсных электронных приборов с фотокатодом.

Фор м у ла изобретения Способ изготовления электронного прибора с металлическим фотокатодом, возбуждаемым эксимерным лазером, включающий сборку электронно-оптической сис

темы прибора и зктивирование фотокзтодл путем облучения его поверхности импул гэ ми лазерного излучения до стабилизации эмиссионных характеристик, отличаю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности фотокатода, между катодом и ближайшим к нему электродом электронно- оптической системы прикладывают напряжение, равное 0,7-0,8 от пробойного, а плотность потока энергии лазерных импульсов устанавливают достаточной для развития электрического пробоя.

Изобретение относится к электронной технике, в частности сильноточным управляемым источникам электронов с металлическим фотокатодом, например, для промышленных ускорителей электронов или импульсных СВЧ-устройств. Целью изобретения является повышение эффектив1 ности фотокатода. Увеличение квантового выхода катода происходит в результате того, что после сборки прибора катод активируется импульсным управляемым светом электрическим разрядом, когда между катодом и ближайшим к нему электродом электронно-оптической системы прикладывают напряжение, равное 0,7-0,8 от пробойного, а плотность потока энергии лазерных импульсов устанавливают достаточной для развития пробоя. Проверка способа на фотокатодах из магния и алюминия показала повышение квантового выхода фотокатода в 5-10 раз по сравнению с известными способами активи- рования таких фотокатодов. Гил. ел с

g-

. СбЪООоФ

ITfc. лП|Г

га

KJOo