Способ получения электронной эмиссии Советский патент 1981 года по МПК H01J1/304 

точна для того, чтобы возбудить про цесс ав.тоэлектронной эмиссии с поверхности катода. В процессе воздей ствия на катод 1 электрическим полем по касательной к эммитирующей поверхности катода воздействуют дополнительно потоком 3 электромагнит ного излучения, частотный диапазон которого выбирают от ультрафиолетового до инфракрасного с последующим регулированием диапазона, названног потока излучения в функции тока эмиссии. Дополнительный поток электромагнитного излучения получается от блока 4, в качестве которого может, например, служить оптический квантовый генератор (ОКГ), Напряженность электрического поля потока 3 электромагнитного излучения и напряженность электрического поля, создаваемого у поверхности катода 1 источником 2,- подбираются таким обр зом, чтобы суммарна-я напряженность электрического поля у катода 1 jiuia достаточной для возбуждения заметно автоэлектрон }ой эмиссии, т.е.-соста влдра не менее З-Ю В/см. Тогда в направлении 5 с катода испускаются, автоэлектроны. Для получения автоэлектронной эмиссии только в поле дополнительно го излучения, например, в поле световой волны ОКГ, необходима напря- жениость электрического поля в световой волне Е|.. . Для лазерного импульса с энергией W дли. тельностью t сфокусированного на площадь S (диаметр поперечного сечения потока излучения), справедливо выражение ,,.ti - - где с - скоро.сть света в вакууме. Если длина волны лазерного излучения ., то предельный (минимйльный) диаметр d фокусировки составляет 1,22 Д.. Ограничиваясь диамет ром d 2 Я, получаем для минимальной мощности лазерного импульса N .следующее выражеь ие . . г-1 ,.2 4 Для Л 1 мкм ,75 10дж/с 750 Для Х Юмкм ,,75-10 Вт. Необходимо также чтобы ток терм эмисоии был меньше автоэмиссионного тока., Считая что ток термоэмиссии мал при изменении температуры катода на дТйгЮ к, можно определить: предельно допустимую .энергию импульса. Глубина проникновения температурного фронта в катод -VF -це X - коэффициент теплопроводности вещества катода; С-г теплоемкость катода при постоянной температуре. ПрогЕеваемый объем V . Необходимое для этого количество тепла Q V, где S - плотность материала. Исходя из словия, что Q RW, где К - коэффииент отражения, получаем Отсюда можно найти энергию импульса дополнительного электромагнитного излучения W а также необходимую длительность импульса /feJTCT r , УГ Y«/C. Из последнего выражения получаем длительность импульса t : 10 10 с, которая не зависит от S и Л, а также определяем W Vv 7,Ь-10 7,5-10 Дж ( мкм) W 7,.5.-10 7, (10 мкм) Лазеры с такими параметрами импульсов излучения уже применяются в науке и технике. , Таким образом, проведенные расчеты показывают, что даже если электрическое поле, создаваемое источником 2 у катода стремится к нулю, за счет поля дополнительного излучения возможно получение автоэлектронного тока. Если же, поле создаваемое источником 2, больше нуля, то условия для возбуждения процесса автоэлектронной эмиссии с катода облегчаются. В зависимости от тока эмиссии можно регулировать диапазон дополнительного потока излучения. Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Источник напряжения создает на поверхности катода электрическое поле, постоянное или импульсное, определенной величины. От этого источника запускается оптический квантовый генератор. Момент запуска выбирается таким образом, чтобы лазер генерировал дополнительное излучение в момент достижения максимума электрического поля на катоде. Поскольку плотность тока автоэлектронной эмиссии, отбираемого с поверхности катода, увеличивается с уменьшением длительности прикладываемого к катоду максимального электриче.ского поля, которое не приводит к его разрушению, в настоящее время

.у|щ ствуют лазеры, дающие потоки из.iiS u;nnH длительностью .

Один из конструктивных вариантов ytrrpoiiCTBa для реализации предлагаемого способа получения электронной эмиссии предусматривает выполнение катода в виде вольфрамового острия с радиусом закругления вершины 0,1 мкм. Катод закреплен на вольфрмовой дужке, диаметр вольфрамовой проволоки, из.которой изготовлена дужка, составляет 0,1 мм. Радиус дужки примерно 0,5 см. Дужка в .свою очередь закреплена на молибденовых вводах, диаметр которых 0,8 мм и расстояние между ними 1 см. Напротив катода закреплен анод, выполненный из никелевой пластины толщиной 0,1 м Катод и анод, расстояние между которыми 2 см, закреплены в вакуумированном стеклянном сосуде с плоскопараллельными окнами. Вакуум в сосуде .0 Тор. От блока формирования электрического поля осуществляется прогрев катода переменным током (до 2 А в течение нескольких секунд) для его очистки от адсорбированных примесей. Блок вырабатывает также высоковольтные импульсы напряжения наносекундной длительности и положительной полярности, которые подаются на анод. Конструкции этого блока могут быть самыми различными. От блока подаются синхронизирующие импульсы на оптический квантовый генератор, в. качестве.которого использован промыишенный лазер ИТ-181, длина волны излучения которого А. 1,0ь мм, а длительность импульса10 с, с обострителем-разрядником с лазерным поджигом и ячейкой Керра. Лазер установлен таким образом, чтобы направление его излучения было перпендикулярно поверхности плоскопараллельных окон и направлено по касательной к вершине катода.

Предлагаемый способ позволяет . созцаватъ очень короткие импульсы тока автоэлектронной эмиссии высокой плотности со стабильными параметрами.

Такие электронные пучки в настоящее время требуются для решения научно-технических задач, имеющих большое народнохозяйственное aHavn HMc. Например, при их помощи можно получать очень короткие импульсы рентгеновского излучения, что позволяет осуществить с высоким разрешением рентгенографию быстропротекающих процессов ,k проводить дефектоскопию различных изделий и т.д. Короткие сильноточные электронные пучки требуются также для возбуждения СВЧ - резонаторов, что позволите

0 создать на их основе мощные источники радиоизлучения, необходимые, на например, для дальнейшей космической связи. Такие пучки можно использовать также в разли чных технологи5ческих операциях, например, для обработки различных материалов и т.п.

Формула изобретения

0

Способ получения электр9нной эмиссии с поверхности холодных катодов путем соэдания у катодов импульсного электрического поля, отличающийся тем, что, с целью

5 уменьшения длительности импульсов автоэлектронного тока и повышения плотности.тока с катодов, в процессе воздействия на катод электрическим полем по касательной к эммитирующей

0 поверхности, на катод направляют поток электромагнитного излучения, причем величина напряженности электрического поля и мощность излучения выбираются таким сбразом, чтобы

5 электрическое поле совместно с электрической составляющей излучения превышало , длительность излучения составляет менее , а частотный диапазон выбирают от ультрафиолетового до инфракрасного.

0

.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Елинсон М.И. и Васильев Г.Ф. Автоэлектронная эмиссия. М., Госуг

5 дарственное издательство физико-математической литературы, 1958, с.63,

2.Фурсёй Г.Н., В.М. Экспериментальное исследование вакуума взрывной эмиссии. Журнал технической

0 физики, т.46, 1976, с. 310 (прототип).