Устройство для нагрева катода Советский патент 1979 года по МПК H01J1/20 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА КАТОДА

Изобретение относится к областям техники, в которых используются катО ды: например, электровакуумные приборы, электрофизические установки и т.д. Известны устройства для нагрева катодов электронных приборов электронной бомбардировкой 1. Эти устройства включают в себя, кроме основ ного (нагреваемого) катода, вспомогательный катод, источник для его нагрева и источник высокого напряжения для создания поля между основным и вспомогательным катодами. Существует ряд физических и технических проблем, для решения которых необходимо иметь горячий катод, не имеющий каких-либо токоподводов или вспомогательных .нагревающих уст ройств . Таким устройством является магне рон, в котором осуществляется нагре катода электронами испускаемыми эти же катодом. Устройство для нагрева катода электронами, эмиттированными этим ж катодом, включает в себя систему возврата электронов на катод, состо щую из источников электрического ма нитного и высокочастотного полей 2 Особенностью магнетронной системы нагрева является то, что роль магнитного поля.здесь сводится по существу, к возвращению электронов на катод. При этом возвращенный электрон смещается перпендикулярно магнитно «1у полю (вдоль нагреваемой поверхности катода) на величину порядка ларморовского радиуса электрона. Поэтому в магнетронной системе нагрева каждый элемент поверхности катода греется электронами, испущенными соседними элементами катода. Кроме того, величина магнитного поля не может сильно меняться вдоль поверхности катода, иначе нарушаются .условия резонанса, что важно, когда нагрев идет из холодного состояния, т.е. когда электроны размножаются только за счет вторичной эмиссии. Приведенные выше особенности магнетронной системы накладывают ограничения на форму катодов. Эта система позволяет нагревать катоды, активная поверхность которых замкнута (цилиндрической или деформированной цилиндрической формы). Образующая этой поверхности всюду совпадает с направлением магнитного поля, силовые линии которого достаточно прямые.

Для катодов сложной формы, а также плоских катодов, эта система непригодна. Эта система непригодна также в установках, где по условиям работы магнитное поле задано и направлено перпендикулярно поверхности катода (т.е. в установках с магнитной фокуk-ировкой вытягиваемого пучка) .

Целью изобретения является нагрев катода произвольной формы.

Цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве система возврата содержит дополнительно средство для отражения электронов, а система |СОздания магнитного поля ориентирована таким образом, что магнитное поле направлено вдоль электрического и высокочастотного полей.

ria чертеже представлена схема прелагаемого устройства для нагрева катода.

Устройство содержит катод 1, анод 2, содержащий средство создания пространственного ВЧ-поля, источник вытягивающего напряжения 3, включенный между катодом .1. и анодом 2, система 4 отражающая электроны (к онкретно Здесь отражающий электрод с источником отражающего напряжения), л систему создания магнитного поля ориентированную таким образом, что магнитное поле Л направлено вдоль ; ускоряющих электрических полей. Катод 1, анод 2 и система 4 отражающая электроны 4 определяют длину пролетного промежутка для электронов. Между катодом 1 и анодом 2 приложено постоянное напряжение U, вытягивающее электроны из катода 1. В пределах пролетного промежутка к зазору приложено высокочастотное напряжение с амплитудой U и частотой f 1/Т, где Т - время пролета электрона в этой системе. В конце пролетного промежутка к .-отражающему электроду приложено напряжение U2г отражающее электроны (U2 U + U). Разогрев катода 1 происходит за счет кинети.ческой энергии электронов, испускаемых катодом 1, совершающих одно или несколько колебаний в пролетном промежутке, набирающих при этом дополнительную энергию в ВЧ-промежутке и вернувшихся на катод 1. Этот процесс идет, по существу, в два этапа.

ria первом этапе разогрева катода 1, когда его температура мала и термоэмиссия отсутствует, идет размножение электронов за счет выбивания вторичных электронов из катода. При этом размножаются те электроны, для которых фаза прохождения ВЧ-промежутка близка к резонансной фазе tfp, Где tf - фаза прохождения ВЧ-промежутка электроном, для которого точно выполнено условие Т(ц) 1/f , Еще одно необходимое условие состоит в том, что энергия электрона,возвращающегося на катод с фазами., близкими к резонансной, должна быть выше минимальной энергии, при которой коэффициент вторичной эмиссии & становится больше 1. rfa втором этапе дальнейший разогрев уже эмитирующего катода 1 идет в основном за счет своего рода стохастического ускорения термоэлектронов, испускаемых катодом 1 во всех фазах ВЧ-поля Максимальная мощность, выделяемая на катоде 1 электронами, ограничена током, который может быть ускорен на промежутке катод-анод по закону 3/2, и энергией, которую могут приобрести эти электроныЛЁ еа . На втором этапе разогрева появляется большое число электронов, тормозящихся ВЧ-полем при первом прохождении ВЧ-промежутка.

В этом случае за счет механизма ускорения, аналогичного стохастическому ускорению, эти электроны через несколько прохождений промежутка ускоряются и уходят на катод Однако для того, чтобы объемный за1ряд этих электронов не был слишком велик и не ограничивал мощность подогрева, требуется, чтобы амплитуда ВЧ-колебаний была достаточна ве лика (0,5-1) и, ,

Использование предлагаемого устройства разогрева катода обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества:

,возможность разогрева катодов произвольной формы, в том числе достатоно тонких (например проволочных);

возможность нагрева системы из нескольких катодов с помощью общего ВЧ-поля;

отсутствие связи между величиной магнитного поля и частотой ВЧ-напряжения;

отсутствие связи между величиной магнитного поля и геометрическими размерами ускоряющих электродов.

Формула изобретения

Устройство для нагрева катода электронного прибора бомбардировкой электронами, эмиттированными этим же катодом, включающее систему возврата электронов на катод, состоящую из источников электрического, магнитного и высокочастотного полей, отличающееся тем, что,С целью нагрева катода произвольной формы, система возврата содержит дополнительно средство для отражения электронов/ а система создания магнитного поля ориентирована так, что магнитное поле направлено вдоль электрического и высокочастотного полей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Серия 1, Электроника СВЧ, 1967, № 2, с. 160-161,

2. Магнетроны сантиметровогоv диапазона, пер. с англ, под ред. С.А.Зусмановского, Сов. радио , М., 1951, с. 107-140 (прототип).