Полый катод для газоразрядного прибора Советский патент 1993 года по МПК H01J17/44 H01J61/09 

Изобретение относится к области газоразрядной техники и может быть использовано при создании газоразрядных приборов, например импульсных тиратронов с холодным катодом, а также других изделий электронной техники.

Целью изобретения является увеличение долговечности катода при повышенных токах коммутации.

На чертеже показана конструкция предлагаемого полого катода.

Катод содержит основание катода 1, на котором закреплены цилиндры 2, выполненные из перфорированного материала с перемычкой 3.

Отверстия перфорации могут быть произвольной формы (прямоугольник, круг, многоугольник).

Размер перемычки 3 между перфорациями должен быть меньше критического значения, соответствующего переходу разряда в дуговой.

Это объясняется следующим образом.

При работе катода в газоразрядном приборе, например в импульсном водородном тиратроне, на анод тиратрона подается высокое напряжение. Подача на сетку управляющего импульса вызывает разряд между анодом и катодом. По мере увеличения тока устанавливается сверхплотный тлеющий разряд ( СПТР). который позволяет получить плотнбсть тока до нескольких десятков ампер на квадратный сантиметр. Однако, как показано , для ГРП с полым ятппом увеличение плотности тока выше 50 А/см приводит к возникновению катодных

00

00

о

Јь

пятен и переходу СПТР в дуговой разряд. Размер катодного пятна в газоразрядном приборе зависит от материала катода, рода и давления наполняющего газа и других факторов. Как известно, радиус катодного пятна лежит в пределах 0,1-1 мм 4. Поэтому, если выбрать перемычку с шириной меньшей, чем диаметр катодного пятна, то будут нарушены необходимые условия для формирования дугового разряда.

Для того, чтобы отобрать с катода большой ток, катод должен иметь развитую поверхность, т.е. число ячеек в перфорированной поверхности должно быть как можно больше. Однако, если половина линейного размера ячейки меньше, чем ширина катодного падения, эффективность работы такой поверхности снижается ввиду образования затрудненной формы разряда.

Таким образом, размеры отверстия перфорации соизмеримы с шириной катодного падения при данных разрядных условиях (материале катода, роде газа, давлении, токе и т.д.).

Кроме того, отношение высоты цилиндра к его диаметру больше 1, но меньше 8. Обоснование этих соотношений вытекает из следующих соображений.

Электрическое поле в полом катоде имеет специфическое распределение в зависимости от соотношения H/D, где Н - высота цилиндра; D - диаметр. Если Н D у катода из перфорированного материала, то эквипотенциаль, ограничивающая плазму СПТР, провисает внутрь полого цилиндра таким образом, что значительная часть внутренней поверхности катода не участвует в эмиссии. Кроме того, распределение градиента потенциала внутри катода имеет такую форму, чхо направленное движение электронов (по нормали к эквипотенциалам) не приводит к их осцилляции и преимущества полого катода выражены слабо.

Если же Н 8D, то, хотя внутри катода из перфорированного материала и существуют значительные осцилляции электронов и перфорации обеспечивают высокую плотность тока в СПТР, выход электронов в раз- рядный промежуток спадает вследствие ослабления проникновения поля анода, вытягивающего электроны. Высокая плотность тока в разрядный промежуток обеспечивается в этом случае за счет повышения анодного напряжения, что приводит к интенсивной бомбардировке и распылению кромки катодного цилиндра.

Катод предлагаемой конструкции позволяет реализовать условия для осуществления сверхплотного тлеющего разряда. Пример конкретного выполнения.

Испытания предлагаемого полого катода проводились в импульсном тиратроне с водородным наполнением. Основание катода выполнено в виде цилиндра диаметром 22 мм и высотой 17 мм, открытого со стороны сетки, заполненного цилиндрами диаметром 4 мм и высотой 17 мм из сетки с шагом 0,5 мм, диаметром перемычек 0,15 мм. Максимальное расстояние между цилиндрами 4 мм.

Тиратрон испытывали в схеме линейного модулятора при напряжении анода 10 кВ, токе анода 2 кА длительностью 150 не, при частоте повторения 100 Гц, а также при напряжении анода 12 кВ, токе анода 250 А

длительностью 150 не при частоте повторения 100 имп/с.

На сетку подавали напряжение управляющих импульсов 2,5 кВ. Напряжение прд- держания разряда при токе 2 кА составляло

500 В. Величина напряжения поддержания разряда соответствует напряжению поддержания сверхплотного тлеющего разряда.

Испытание полого катода в стеклянном

диоде показало, что при токе 2 кА свечение разряда распределено равномерно по всему объему катода. Существование в тиратроне сверхплотного тлеющего разряда, равномерно распределенного по поверхно-,

сти катода, позволяет увеличить долговеч- ность по сравнению с тиратроном с дуговым разрядом в десятки раз.

Использование предлагаемого полого катода в импульсном тиратроне позволит

уменьшить его массогабаритные характеристики, повысить КПД и улучшить тактико-технические характеристики радиотехнических устройств.

Формула изобретения

Полый катод для газоразрядного прибора, содержащий матричные элементы в виде цилиндров, укрепленных торцами на основании катода, отличающийся тем, что, с целью увеличения долговечности при повишенных токах коммутации, цилиндры выполнены из перфорированного материала с размером перемычки между перфорациями меньше критического значения, соответствующего переходу разряда в дуговой, а отношение высоты ципиндра к его диаметру составляет 1 -т-8.

Использование: область газоразрядной техники, преимущественно импульсные тиратроны с холодным катодом. Сущность изобретения: полый катод для указанных приборов содержит набор цилиндрических сетчатых элементов, укрепленных торцами на подложке. Размеры перемычек сетчатого элемента меньше критического значения, соответствующего переходу разряда в дуговой, а отношение высоты цилиндров к их. диаметру составляет от 1 до 8. 1 ил. « Ё