Электронная газоразрядная пушка Советский патент 1981 года по МПК H01J3/02 

1

Изобретение относится к устройствам для электронно-лучевой диагностики в газодинамике и физике плазмы и может быть использовано в ускорительврй технике для технологических целей и для измерения плотности в нестационарных потоках газа.

Известна электронная пушка, используемая в устройстве для диагностики . газов и содержащая термокатод 1.

,Эта пушка имеет следующие недостатки:, малый срок работы катода, необходимость высокой степени откачки, высокап стоимость, выход из строя в рлучае аварийного повышения давления. iCpoMe того, для ее. работы необходим специальный высоковольтный источник. , Наиболее близкой к предлагаемой .является электронная газоразрядная пушка, содержащая холодный катод и соосный ему анод с отверстием для вывода пучка, образующие разрядный промежуток, систему подачи рабочего газа в разрядный промежуток и фокусирующее устройство 2.

Однако эта пушка не обеспечивает высокой разрешающей способности при диагностике газов из-за значительной расходимости и диаметра пучка на выходе из нее.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности при диагностике газОв за счет уменьшения расходимости и диаметра электронного пучка.

Эта цель достигается тем, что катод выполнен со. вставкой из материала с большим, чем у материала катода,коэффициентом ионно-электронной эмиссии, расположенной по оси катодаи выходя0щей на его рабочую поверхност.ь,указанная поверхность катода выполнена плоской, а анод - с полостью со стороны разрядного промежутка, сообщающейся с отверстием для вывода пучка.

5

Повышение разрешающей способности достигается также за счет того, что упомянутая полость выполнена цилиндрической и соосной отверстию для вывода пучка, причем отношение диаметра полости к диаметру катода составляет 0,3-0,5, а отношение диаметра по-лости к высоте разрядного диаметра полости диаметра к высоте разрядного промежутка составляет 0,8-1,2.

5

На чертеже представлена конструктнвная схема устройства.

Устройство содержит медный катод 1 с алюминиевой вставкой 2, изолятор 3, анод 4 со стаканом 5 и отверстием

0 6 для вывода злектронов р непосредственно примыкающее к аноду фокусирующее устройство, состоящее из верхнего фланца 7, фокусирующей катушки 8 с каналом 9 для подачи газа и нижнего фланца 10 с откачиваемой полостью 11 Пучок электронов фокусируется в заjsope между полюсными наконечниками 12. Работает пушка следующим образом, . Электрон, вылетевщий из катода 1 очень быстро набирает скорость и уже в разрядном промежутке практически имеет предельную энергию. При этом в силу малости разрядного промежутка (2-8 мм) и небольшой величины сечения ионизации в рабочем интервале давления (О,.1-0,2 торр) и напряжений (10-20 кВ) ионизация в прикатодной области незначительна. Преобладающая часть положительных ионов, необходимых для додцержания разряда,возникает в полости 5 для фор мирования пучка, поэтому уменьшение диаметра полости менее 0,3 диаметров катода.или менее 0,8 высоты разрядного промежутка приводит к уменьшению тока пучка.Обладая незначительными скоростями, ионй начинают двигаться по.силовым линиям ПОЛЯ, которое провисает в полость анода. Наличие радиальной составляющей поля приводит к стягиванию ионов к оси канала, поэтому ионной бомбардировке подвергается .только центральная часть катода Это приводит к существованию самостоятель ного разряда только в приосевой зоне При увеличении диаметра полости 5 выше 0,5 диаметра катода (или выше 1,2 высоты разрядного промежутка)рас ширяется приосевая зона,где эквипотенциальные поверхности практически параллельны поверхности катода, а, следовательно, становится большей приссевая область,где может зажигать ся самостоятельный разряд. Поэтому с увеличением диаметра канала растет диаметр электронного пучка, что нриводит к уменьшению разрешающей способности. Дальнейшее уменьшение диаметра разряда достигается тем что центральная часть медного катода снабжена вставкой из алюминия, коэффициент ионно-электронной эмиссии которого при используемых ускоряющих напряжениях в пять раз выше., чем у моди, Таким образом, эмиссия электронов под действием бомбардирующих катод ионов осуществляется преимущест венно с поверхности алюминия. Задавая достаточно малый диаметралюминиевой вставки (1-2 мм) можно получить диаметр разряда около 1-2 мм. Применение составного катода также позволяет избавиться от разрядов при пробое,так .как условия для пробоя на периферии разрядного промежутка резко ухудшаются. Окончательная фокусировка электронного пучка осуществляется короткофокусной магнитной линзой, которая конструктивно совмещена с системой прокачки газа,призванной поддерживать давление в разрядном устройстве вне зависимости от давления в исследуемом пространстве. Система прокачки позволяет провоЬить исследование газовых струй в широком диапазоне давлений в исследуемом пространстве ( рт.ст.). Магнитная линза обеспечивает высокую разрешающую способность (1-2 мм на расстоянии до 50 см). Конструктивно совмещение системы прокачки с магнит,ной линзой уменьшает габариты пушКН. Предлагаемая электронная газоразрядная пушка обладает преимуществами электронных пушек на тлеющем разряде и пушек с термокатодом и позволяет получать практически параллельный пучок, обеспечивая высокую разрешающую способность (1-2 мм). Как показывают испытания, предлагаемая схема гарантируетпрюдолжительную эксплуатацию и надежность в работе (пушка может работать бе катода в течение года), .требует только форвакуумную откачку разрядного промежутка, КПД данной электронной пушки до.стигает 70%, что значительно выше, чем у известной , Таким образом, реализация предлагаемого решения позволяет значительно повысить не только разреш ощую способность, но и ост.альвые технические характеристики пушки. Формула изобретения 1, ЭлектрО;Нн.ая газоразрядная пушка, содержащая холодный катод и сооСный ему анод с отверстием для вывода пучка, образующие | аз рядный промежуток, систему подачи рабочего газа в разрядный промежуток и фокусирующее устройство, отличающ а я с .я тем, ито, с целью повышения разрешающей способности пушки при диагностике газов .за счет уменьшения расходимости и диаметра электронного пучка, катод выполнен со вставкой из материала с большим, чем у материала катода, коэффициентом ионно-электронной эмиссии, расположенной по оси катода и выходящей на его рабочую поверхность, указанная поверхность катода выполнена плоской, а анод - с по;:остью со стороны разрядного промежутка, сообщающейся с отверстием для вывода пучка. 2.Пушка ПОП.1, отличающаяся тем,что упомянутая полость выполнена цилиндрической и соосной отверстию для вывода пучка, причем отношение диаметра полости к диаметру катода составляет 0,3-0,5, а отношение диаметра полости к высоте Разрядного промежутка составляет 0,8-1,2.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Косинов В.А, и др. Экспериментальная техника электронно- пучевых методов диагностики. -Сб. Экспериментальные методы в динамике разряженных газов , Новосибирск, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР № 177553, кл. Н 01 J 37/06, 1963 (прототип).

Газ

Ю