Источник электронов со взрывным катодом Советский патент 1983 года по МПК H01J1/30 

Изобретение относится к технике генерирования электронных пучков и может быть использовано в радиацион ной технологии, в ускорителях для накачки лазеров, в физических иссле дованиях. Известен источник электродов со взрывным катодом, содержащий поме- щенные в вакуумную камеру эмиттер, анод и полый катодный электрод, в который углублен анод . Эмиттер ра положен внутри фокусирующего электрода, имеет электрический контакт с последним и удален от анода на ра стояние, квадрат которого не меньше площади поверхности анода, собирающей электроны. Недостатком этого источника элек ронов является то, что он не позво.ляет получать электроншле пучки с длительностью, превышающей по поряд ку величины . Известен также .источник электронов со взрывным катодом, содержащий вакуумную камеру с размещенными в ней анодом и катодным электродом, в полости которого расположены вспо могательный электрод и эмиттер, эле рически соединенный с катодным элек родом 2 . . Недостатком этого источника элект ронов является то, что длительность генерирования электронного пучка в нем не превышает по порядку величины . Юс. Причиной ограничения длительности генерирования электронного пучка в том и другом источниках является зажигание низковольтного разряда между электродами источника из-за накопления газа в межэлектродном промежутке. Десорбция газа происходит под действием .электронной бомбардировки анода и коллектора электронов. Накопление газа происходит в результате того, что скорость поступления газа в межэлектродный промежуток значительно больше скорости удалени газа из межэлектродного промежутка, ограниченного стенками катодного электрода, Целью изобретения является увеличение длительности генерирования электронного пучка источником электронов. Цель достигается тем, что, в источ нике электронов со взрывным катодом, содержащем вакуумную камеру с размещенными в ней анодом и катодным электродом, в.полости которого распо ложены вспомогательный электрод и эмиттер, электрически соединенный с катодным электродом, эмиттер размещен между вспомогательным электродом и анодом и обращен эмиттирующей поверхностью к вспомогательному электр ду, а боковая стенка полости катодного электрода выполнена прозрачной для молекул газа. Размещение эмиттера между анодом и вспомогательным электродом и выполнение его обращенным эмиттирующей поверхностью к вспомогательному электроду исключает флуктуации эмиссионной способности плазменной поверхности как за счет предотвращения прямого выхода плазменных сгустков к границе эмиссии плазмы, так и за счет жесткой фиксации потенциала электрода, непосредственно примыкающего к границе эмиссии. Выполнение катодного электрода из материала с высокой прозрачностью для молекул газа исключает накопление в межэлектродном промежутке десорбированного газа и в то же врем:н исключает возможность выхода плазмы за пределы полости катодного электрода.Благодаря тому, что плазма за пределы полости катодного электрода не выходит, площадь эмиссионной поверхности катодной плазмы возможно -ограничить по периметру и тем самым обеспечить необходимое условие для реализации квазистационарного режима взрывной эмиссии. С другой стороны, благодаря тому что стенки полости катодного электрода прозрачны для газа, рост давления газа в полости катодного электрода замедляется и длительность кваз 1стационарного режима взрывной эмиссии возрастает. На фиг.1 приведен общий вид предлагаемого источника электронов со взрывным катодом; на фиг.2 - осциллограмма тока пучка, генерируемого источником. Источник электронов со взрывным катодом состоит из вакуумной камеры 1, катодного электрода 2, эмиттера 3, вспомогательного электрода 4 и анода 5. Катодшлй электрод 2 укреплен на одном из фланцев камеры 1 с помощью изолятора 6. Вспомогательный электрод 4, выполненный, например, из отрезка медной проволоки диаметром 1 мм, укреплен по оси электронно-оптической системы на торцовой части катодного электрода 2 с помощью изолятора 7. Эмиттер 3 размещен между анодом 5 и вспомогательным электродом 4. Катод 3 может быть выполнен в виде диска из углеграфитовой ткани. Расстояние между концом проволоки вспомогательного электрода 4 и центром дискаэмиттера 3 установлено так, чтобы на обращенной к вспомогательному электроду стороне плоскости эмиттера 3 обеспечивалось надежное возбуждение взрывной эмиссии. Цилиндрическая часть катодного электрода 2 может быть выполнена, например, из стальной сетки с.размером ячейки

0,5 X 0,5) мм с геометрической прозрачностью 80%.

При приложении к катодному электроду импульса напряжения отрицательной полярности между эмиттером 3 и вспомогательным электродом 4 возбуждается разряд. Плазма разряда расширяется, выходит из области экранирования от поля анода и из нее начинают отбираться электроны на ано С момента появления электронного пуч ка с анода и коллектора десорбируется газ, который поступает в полость катодного электрода Если бы стенки полости были непрозрачны для молекул газа, то давление газа в полос ти катодного электрода за время порядка 10 с возрасло бы до величины рт.ст. ив межэлектродном промежутке зажегся бы низковольтный разряд, что и наблюдается в прототипе. В предлагаемом источнике электронов стенки полости катодного электрода прозрачны для молекул газа, и рост давления газа в полости происходит значительно медленнее. Поэтому длительность генерирования

электронного пучка оказалось возмож ным увеличить до времен порядка . Осциллограмма тока пучка приведена на фиг.2.

Таким образом, размещение эмиттера между анодом и вспомогательным электродом, обращение его эмиттирующей поверхности к вспомогательному электроду, выполнение катодного электрода с высокой прозрачностью для молекул газа обе спечивает следующие преимущества предлагаемого источника электронов перед прототипом .

Предлагаемлй источник электронов позволяет получать электронные длительностью не менее , что на порядок превышает длительности, достигавшиеся ранее в источниках электронов на основе взрывной эмиссии.

Применение конструкции.заявляемого источника злектрюнов может быть полезным при необходимости генерирования электронных пучков с большой частотой следования.

ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ СО ВЗРЫВНЫМ КАТОДОМ, содержащий вакуумную камеру с размещенными в ней анодом и катоднЕлм электродом, в полости которого расположены вспомогательный электрод и эмиттер, электрически соединенный с катодным электродом, отличающ-.ийся тем, что, с целью увеличения .длительности генерирования .электронного пучка, эмиттер размещен между вспомогательным электродом и анодом и обращен эмиттирующей поверхностью к вспомогательному электроду, а боковая стенка полости катодного электрода выполнена прозрачной для молекул газа.

в t,

Фи1.г