Катод для мощных газоразрядных приборов Советский патент 1980 года по МПК H01J61/73 

t

Изобретение относится к области. мощных газоразрядных приборов и может найти применение в дуговых ксеноно,вых лампах сверхвысокого давления (СЕД) .

В мо1пных газоразрядных приборах СВД обычно используется конусный катод, представляющий собой цилиндрический .наконечник из торированного вольфрама, имеготчий с одной стороны коническую заточку, выполненную с таким расчетом, чтобы на конце оставалась круговая площадка, . диаметр которой выбирается по величине номинального тока катода. Таким выбором рабочей поверхности достигается наилучшая работоспособность катода, так как в этом случае катодное пятно горячей дугиполностью занимает всю площадку 1.

В некоторых обла1стях применения газоразрядных приборов, например в мощных дуговых ксеноновых лампах СВД, используемых в печах лучистого нагрева, для создания различных температур на поверхности объекта, к катодам предъявляются требования обеспеченияоптимальной работоспособности в широком диапазоне рабочих токов.

Испытания конусных катодов, проведенные при токах, меньших номинального, показали наличие значительных пульсаций лучистого потока лампы, вызванных нестабильным горением дуги, что указывает на плохую работоспособность катодов при данных токах из-за неоптимального теплового режима, работы, так как возникающее катодное пятно занимает лишь часть предназначенной для него площадки , вледствие чего уменьшается тe mepaтypa в этой, области площадки по сравнению с оптимальной, затрудняется дифЛузия тория на поверхность катода из его глубинных слоев и происходит интенсивное распыление материала катода. Кроме того, произвольная локализация катод20.НОГО пятна на площадке вызывает од-, новременно как несимметричность расположения дуги относительно продольной оси электродов, так и нестабильность ее горения, вызванную соответственной несимметричностью конвек:Тивных потоков. -Оба эти явления отрицательно сказываются на сроке ;службы самих ламп, так как продукты распыления сатода начинают осагкдать30 ся на оболочке, а не на массивном

аноде лампы, что приводит к резкому уменьшению КПД латипы. . . Прототипом настоящего изобретений является катод для мощных газоразряд:ных приборов, содержащий цилиндри еский стержень из торированного вольфрама с конической заточкой, имеющий на торцовойрабочей .части кольцевой выступ трап:ецеидальной

формы Н .

Величина площадки выступа также выбирается по значению номинального тока. При работе с такими катодами на номинальном токе в дуге отсутствует наиболее горячая центральная часть, имеющая место при работе с конусными катодами. Благорадя тому, рабочая поверхность анода,подвергается меньишм удельным тепловым и механическим нагрузкам, что в сонечном итоге увеличивает срок службы лампы. Однако при токах, меньших номинального, катодное пятно занимает часть кольцевой площадки, вследствие чего уменьшается температура рабочей зоны и диффузия тория на поверхность катода йэ глубинных слоев, что вызывает интенсивное распыление материала катода. Кроме того, произволь-, нов расположение катодного пятна на кольцевой площадке ведет к несимметричности расположения дуги относительно продольной оси электродов и к нестабильности ее горения, которая вызвана .соответственной асимметрией конвективных потоков наполняюп1его газа. Оба эти явления ведут к снижению срока службы ламп, так как продукты распыления катода начинают . осаждаться на оболочке, а не на массивном аноде лампы.

Целью изобретения является создание катода с увеличением срока , службы при разли 1ных токовых нагрузках.

Эта цель достигается тем, что катод, содержащий стержень из ториров анного вольфрама с конической за точкой, имеющий на торцовой части кольцевой выступ трапецеидальной форма, имеет осевой выступ трапецеидальной формы с высотой, превышающей высоту кольцевого выступа.,

Йа чертеже представлен предлагаемый/ катод в продольном разрезе.

катод представляет.собой цилиндрический стержень 1 из торир ованного фольфрама, имеющий .-коническую: заточк 2 на одном конце. Непосредственно рабочая часть катода имеет осевой выступ 3 трапецеидальной формы с находящейся на конце площгщкой 4, выбираемой по величине минш.1альHOfo тока рабочего диапазона токов 1«атода. Катод имеет также кольцевой выступ 5 трапецеидальной форМн с пл.сяцадкой 6. Величина площадки 6 выбирается В соответствии с разностью максимальной и минимальной величин

токов рабочего диапазона катода. Осевой выступ 3 имеет несколько больший Вылет по сравнению с кольцевым выступом 5ДЛЯ того, чтобы при зажигании лампы путем касания электродов и последующего их разведения катодное пятно располагалось на осевом выступе катода. Как показали проведенные исследования, разница вылетов должна лежать в пределах 2-3 мм.

Предложейный катод работает еле-) дующим образом.. .

HocJie зажигания лампы посредством касания электродов и последующего их р,азведения возникает дуга на кончике осевого выступа 3. При достижении величины тока, равной нижней границе рабочего диапазона,катодное пятно полностью заполняет площадку выступа 3. При дальнейшем увеличении тока дуга постепенно распространяется на кольцевую площадку б. При достижении верхней границы рабочего диапазона токов дуга занимает полностью как площадку.осевого.выступа, так и кольцевую площадку.

Предложенная конструкция конусно-кольцевого катода дает возможность получения значительных преимуществ в области эксплуатации источников излучения, в частности установок по имитации Солнца, которые с введением в них источника с описанным катодом, приобретают способность значительно расширить диапазон создаваемых облученностей.

Применение описанной конструкции катода в лампе-светильнике ДКсРМ-56000, стоимостью 9280 руб., дает годовой экономический элфект 2000 руб, в расчете на одну лампу.

Таким образом, значительное улучшение работоспособности катода в .выбранном диапазоне токов достигается благодаря поддержанию необходимого теплового режима во всем диапазоне рабочих токов катода, а также круговой симметричности расположения активной зоны катода относительно продольной оси электродов, обеспечивающей стабильное и симметричное горение дуги и уменьшение пульсаций выходящего из лучистого потока.

Формула изобретения

. Катод для мощных газоразрядных приборов, содержащий цилиндрический стержень из торированного вольфрама с конической заточкой, имеющий,;. на торцовой рабочей части кольцевой выступ трапецеидальной opi, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы в широком диапазоне рабочих токов. на

топцовой рабочей части катода дополнительно выполнен осевой выступ трапецеидальной формы с высотой, превышамией высоту кольцевого выступа.

Источники информации, принятые во внимание при .экспертизе

1977, К 10,

1. Светотехника, с.13-14.

2. Материсшы 16 Всеобщего технического совещания. Институт защиты окружающей среды. 1970, Бостон, CL4A.