ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА Советский патент 1994 года по МПК H01J29/02 

Изобретение относится к электронным пушкам большой мощности, используемым, например, в электроннолучевых технологических установках для плавки и сварки тугоплавких металлов и т. д. , а также в электронных приборах с мощностью электронного пучка в непрерывном режиме в несколько мегаватт при условии сохранения ламинарной структуры пучка.

В известных пушках ПИРСА, используемых в указанных выше установках и приборах, формируется электронный пучок, сходящийся по радиусам кривизны катода. Анод в этих пушках обычно выполняется в виде трубы с входным фокусирующим электродом, наклоненным к радиусу кривизны катода под углом 90^о вблизи анодного отверстия.

Известные конструкции электронных пушек ПИРСА имеют ограниченную мощность в результате того, что поле "провисает" в анодное отверстие. Поэтому практически не удается получить первеанс прибора больше 3˙10^-6 а/в ^3/2 без нарушения ламинарной структуры пучка и мощность в непрерывном режиме ограничивается величинами порядка 200-500 кВт.

Цель изобретения - повышение мощности пушки.

Для этого анод снабжен устройством для ввода в его полость плазмы, а фокусирующий прианодный электрод наклонен в сторону катода под тем же углом к граничному радиусу кривизны катода, что и фокусирующий прикатодный электрод.

На чертеже схематично изображена предлагаемая конструкция электронной пушки.

Электронная пушка состоит из катода 1, прикатодного фокусирующего электрода 2, имеющего, как и катод, нулевой потенциал и наклоненного к радиусу кривизны катода под углом 67,5^о, анодной трубы 3, имеющей автономный источник плазмы 4, и фокусирующего входного прианодного электрода 5, в отличие от пирсовского входного электрода наклоненного к радиусу кривизны катода под углом 67,5^о и имеющего потенциал анода.

При этом катод может быть как обычным термокатодом, так и плазменным катодом, причем плазма, аналогично анодной, создается специальным автономным источником. Принцип действия прибора следующий. В анодной полости имеется автономный источник плазмы, который обеспечивает наличие на входе в анодную полость плазменной границы. Таким образом, эквипотенциальная поверхность с потенциалом анода не "провисает" в полость анода, как в случае традиционной пушки ПИРСА. Электронный пучок с катода (термокатод обычный или плазменный работает в режиме ограничения электронного тока объемным зарядом) ускоряется в направлении плазменной границы анода, имеющей сферическую, цилиндрическую или тороидальную форму (в зависимости от симметрии прибора), по радиусам кривизны катода. Ионный пучок с анодной плазменной поверхности (на аноде ионный ток также ограничен собственным объемным зарядом) ускоряется в сторону катода и движется по тем же радиусам кривизны катода, что и электронный пучок. Электронный пучок за анодной поверхностью может использоваться как источник энергии для разных целей в зависимости от назначения пушки, а ионный пучок, сформированный в своем движении к катоду по радиусам кривизны катода, может быть также использован, например, для равномерного нагрева катода. При этом используется эффект максимально возможного (по сравнению с "несформированным" ионным пучком) увеличения электронного тока (коэффициент K = , где I_e - электронный ток в присутствии ионов, I_ео - электронный ток в отсутствии ионов) за счет компенсации токами пространственного заряда электронов у катода. Для большего отношения радиусов (R_к, R_а - радиусы кривизны катода и анода) величина К может достигать значений в несколько сотен.

ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА, содержащая катод постоянной кривизны, фокусирующий прикатодный электрод, наклоненный под углом к граничному радиусу кривизны катода, анод с отверстием и прианодный фокусирующий электрод, отличающаяся тем, что, с целью повышения мощности пушки, анод снабжен устройством для ввода в его полость плазмы, а фокусирующий прианодный электрод наклонен в сторону катода под тем же углом к граничному радиусу кривизны катода, что и фокусирующий прикатодный электрод.