Электровакуумный прибор со скрещенными электрическим и магнитным полями Советский патент 1982 года по МПК H01J21/00 

Изобретение относится к электровакуумной технике, а более конкретно, к конструк ции мощных высоковольтных электровакуумных приборов. Швестны мощные высоковольтные электро вакуумные приборы со скрещенными электрическим и магнитным полями в промежутке между катодом и анодом, содержащие диэлектрическую оболочку, анод, катод, внеш ний источник постоянного магнитного поля, при этом пучок электронов, сформированный в промежутке аиод-катод, вводится в: пространство взаимодействия и затем попадает на другой элемент, например на коллектор элект ронов. В этих приборах благодаря наличию поперечного магнитного поля в промежутке между катодом и анодом, превьпиающего по величине поле отсечки, электроны, эмитти ованные катодом, формируются в трубчатый пучок, вращающийся в промежутке между анодом и катодом. Катод и анод прибора расположены под определенным углом друг к аругу таким образом, чтобы при приложении, к этим электродам разности потенциалов в промежутке между ними создавалась продольная составляющая электрического поля, благодаря которой сформированный в промежутке анод-катод трубчатый лучок электронов полностью выходит из него, не высаживаясь на аноде, а попадая в пространство взаимодействия и затем на другой элемент прибора, например на коллектор электронов. Такие приборы имеют повьпиенную электрическую прочность, высокое токораспределение, катод в таких приборах не находится в высоковольтном промежутке и не подвергается ионной бомбардировке и разрушению под действием внутриламповых электрических пробоев, чем обеспечивается высокая надежность и долговечность приборов 1, Существенным недостатком .этих приборов является то, что в них постоянное поперечное магнитное поле в межэлектродном промеядггке создается с помощью внешних источников - постоянных магнитов или соленоидов, которые по массе и занимаемому

о&ьему в несколько раз превосходят собствен-, но электровакуумный прибор.

Известны электровакуумные приборы, выполненные в форме тороида, охватывающего стержень магнитопровода индутро1шого трансформатора, и содержащие кольцевой, ютдуктивно накаливаемый катод, вьшолненный в виде замкнутой системы элементов, обеспечивающей прохождение тока по образующей, кольцевой анод и диэлектрическую оболочку, активные и реактивные сопротивления цепей анода и катода связаны изBecTHbiM соотношением. В таком приборю в межэлектродном промежутке шюд-катод создается вращающийся в плоскости, параллельной поверхности электродов, вектор результирующего магнитного поля, причем по направлению магнитное поле остается поперечным по отнощеншо к электрическому, а амплитуда результирующего магнитного поля остается пульсирующей, близкой к постоянной.

Прибор этой конструкции характеризуется высокими объемно-весовыми характеристиками, так как в нем поперешое магнитное поле, близкое к постоянному, создается внутренними источниками - токами, проте,кающими по электродам, следовательно отсутствует необходимость в крупногабаритных внешних источниках постоянного магнитного поля 2.

Недостатком таких приборов является отсутствие возможности вьшести из межэлектродного промежзтка анод-катод сформировавшийся пучок электронов в тех , когда необходимо создание мощных высоковольтных электровакуумных приборов с катодом, расположенным вне пространства взаимодействия сформированного пучка электронов с полями элементов прибора, кроме анода и катода, что ограничивает возможность повьццения надежности и долговечности приборов.

При увеличении поперечного магнитного поля до поля отсечки электроны с катода не будут попадать на анод, а будут вращаться вокруг катода, образуя пространственный заряд в виде кольца или трубы, при этом часть электронов попадает на катод, разрущая активное покрытие, что снижает надежность и долговечность прибора. Для того, чтобы эти электроны вьшши из межэлектродного промежутка анод-катод, необходимо приложить к электродам электри-. ческое поле с продольной составляющей, и в то же время иметь в межэлектродном промежутке анод-катод магнитное поле, параллельное поверхности катода и а{1ода, для обеспечения равномерной отсечки элект;

ронов в межэлектродном промежутке анодкатод. Указанный прибор не позволяет рещить эту задачу, так как электрическое и магнитное поля в межэлектродном промежутке анод-катод создаются одними и теми же электродами и при изменении их взаимного расположения с целью формирования : электрического поля определенной требуемой конфигурации изменяется и Конфигурация магнитного поля в межэлектродном промежутке.

Цель изобретения - увеличение долговечности и надежности электровакуумных приборов.

Поставленная цель достигается тем, что в электровакуумном приборе со скрещенными электрическим и магнитным полями, выполненном в форме тороида, охватывающего стержень магнитопровода индзтронного трансформатора и содержащего кольцевой,индуктивно накаливаемый катод, вьшолненный в виде замкнутой системы элементов, обеспечивающей прохождение тока по образующей кольцевой анод, и диэлектрическую оболочку, анод выполнен составным, содержащим неразрезное основание и расположенную на поверхности его, обращенной к катоду, систему элементов, установленную под углом к поверхности последнего, причем эта система элементов электрически связана с основанием и вьшолнена в виде структуры, разомкнутой по оси прибора.

При этом система элементов может быть выполнена в виде пластин треугольной формы или в виде разрезанного по образующей усеченного конуса.

На фиг. 1 изображен предлагаемый электровакуумный прибор, общий вид; на фиг, 2 анод прибора; а - имеющий систему элементов, выполненную .в виде пластин,, б - в виде разрезного по образующей усеченного конуса; на фиг. 3 - катод прибора.

Электровакуумный прибор вьшолнен в виде тОроида и охватьтает стержень 1 магнитопровода индутронного трансформатора. Первичная обмотка 2 индзпгронного трансформатора является питающей, а вторичной обмоткой является катод 3 прибора, выполненный в виде спирали 4, крайние витки которой вьшолнены в виде колец 5. Помимо спирали 4 катод 3 включает в себя цилиндр 6, на поверхности которого нанесено эмиттирующее покрытие. Крайние витки спирали 4,вьшолненные в виде колец 5, имеют поперечный разрез-7. Этот разрез совпадает с разрезом, имеющимся в цилиндре 6. Разрез в цилиндре 6 выполнен, таким образом, по образующей; цилиндр 6 соеди.няет кольца 5 спирали 4. Катод 3 прибора имеет кольцевую форму, его охватывает анод 8 прибора, выполненный составным и включающий кольцевое неразрезноё основание 9, на котором расположена система 10 элементов. Система 10 элементов укреплена на основании 9 со стороны, обращенной к катоду 3 и под углом к его поверхности, кроме того, она электрически связана с основанием 9, образуя структуру, разомкнутую по оси прибора. Система 10 элементо выполнена в виде расположенных по образующей основания 9 пластин 11, а может быть выполнена в виде разрезного по образующей усеченного конуса 12. Катод 3 прибора индуктивно накаливаемый, вторичная обмотка индутронного трансформатора является короткозамкнутой. Величины сопро тивлений цепей анода 8 и катода 3 выбран такими, чтобы вьшолнялось условие arctq При RK; 0,02 Ом, Нд 0,05 Ом, X/, 0,02 Ом, Х 0,01 Ом, получаем arctg 0,1 т Ji . При этом m 0,06, т.е. не целое число. В приборе имеется также кольцевой коллектор 13 электронов, керамический изолятор 14, образующий с выводом 15 анода 8, вьтодом 16 катода 3 и коллектором 13 электронов вакуумноплотную оболочку. Дополнительная фокусировка электронов, эмиттйруемых катодом 3, осуществляется катодными экранами 17 и 18, которые находятся под потенциалом катода. Число пластин 11 системы 10 элементов выбрано равным 40, угол между пластинами 11 и поверхностью катода 3 выбран рав ным В°, расстояние между пластинами 11, выполненными из меди,в плоскости их кра ев 4 мм, толщина пластин 0,8 мм, длина пластин 30 мм. При вьшолнении системы 10 элементов в виде усеченного конуса 12, раз резного по образующей, выбран наибольщий диаметр конуса 12-64 мм, наименьший диаметр 44 мм, усеченный конус 12 вьшолнен из меди, угол межау усеченным конусом 12 и поверхностью катода 3 составляет 14. Усеченный конус 12 присоединяется к основанию 9 через кольцевые керамические изоляторы. Катод прибора губчатый, оксидно-никелевый, расстояние анод-катод I мм, анодное напряжение 30 кВ, электрическая прочность 30 кВ/мм. Выбор угла наклона указанной системы элементов к поверхности катода определяет требуемое в каждом конкретном случае изменение конфигурации продольной составляющеи электрического поля в промежутке анод-катод, не зависящее от конфигурации магнитного поля. Выполнение указанной формы самого прибора, катода прибора, а также выполнение условия, связывающего сопротивления цепей анода и катода, необходимо для обеспечения поперечного и близкого к постоянному магнитного поля в промежутке анодкатод без использования внешних постоянных магнитов. Это магнитное поле возникает вследствие суперпозиции магнитных полей, создаваемых токами анода и катода и формирующих трубчатый электронный пучок. Это происходит в случае, когда магнитное поле, параллельное поверхности анода и катода, превыщает поле отсечки. При подключении первичной обмотки трансформатора к источнику переменного напряжения в катоде и аноде наводятся ЭДС и в них начинает протекать ток, создающий магнитное поле у анода и катода, а также обеспечивающий разогрев катода до рабочей температуры. Так как катод раэреэан по образующей, в его цилиндре ток протекает вдоль оси, и, следовательно, магнитное поле катода имеет азимутальную ориентацию. В то же время, ток в кольцевом основании анода протекает по колыц, и создаваемое им магнитное поле имеет аксиальную ориентацию, при этом силовые линии магнитных полей, создаваемых катодом и анодом, параллельны, а векторы магнитных полей, образованных токами катода и анода, поперечны по отношению к электрическому полю и взаимно перпендикулярны в плоскости, параллельной поверхности катода и основания анода. Если выполняется условие, связывающее активные и реактивные сопротивления цепей анода и катода указанным выше неравенством, то в межэлектродном промежутке анод-катод создается вращающийся в плоскости, параллельной поверхностям катода и основания анода, вектор результирующего магнитного поля, причем по направлению магнитное поле остается поперечным по отношению к электрическому, создаваемому катодом и основанием анода, а амплитуда его остается пульсирующей, близкой к постоянной. При установлении значения амплитуды этого магнитного поля, большего амплитуды поля отсечки, электроны, эмиттируемые катодом, не достигают анода, а вращаются вокруг катода. Благодаря тому, что cиcteмa элементов, присоединенная к основанию анода, расположена под утлом к поверхности катода, в промежутке анод-катод создается продольное электрическое поле и пучок электронов, сформировавшийся в

промежутке анод-катод, выходит из него и попадает в пространство взаимодействия и на коллектор электронов.

Таким образом, в приборе отдельные части анода вьшолняют различные функции. Так, поперечное близкое к постоянному, магнитное поле создается кольцевым основанием анода, по которому протекает ток, индуцируемый ЭДС, наводимой в аноде. В то же время, система зл ментов, расположенная на основании анода и образующая структуру, разомк-; нутую по оси прибкзра, в создании указанного магнитного поля не участвует, так как ток в ней не шздуцируется.. Однако эта

система элементов, вьшолненная, например, в виде расположенных по образующей основания пластин или в виде разрезного по образующей конуса, з частвует в создании между анодом и катодом электрического по ля, так как она электрически связана с основанием анода, причем это электрическое . поле является полем с продольной составляющей вследствие расположения этой системы элементов под углом к поверхности -катода и на поверхности основания, обращенной к катоду. Все это в комплексе обеспечивает вывод сформированного пучка электронов из промежутка анод-катод в пространство взаимодействия. Следовательно, в таком приборе индуктивно накаливаемый катод находится вне пространства взаимодействия, чем обеспечивается увеличение долговечности и надежности.

Формула изобретения 1; Электровакуумный прибор со скрещен-, ными электрическим и магнитным полями, вьшолненный в форме тороида, охватывань щего стержень магнитопровода индутронного трансформатора, и содержащий кольцевой индуктивно накаливаемый катод, вьшолненный в виде замкнутой системы элементов, обеспечивающей прохождение тока по образующей, кольцевой анод и диэлектрическую оболочку, отличающийся тем, что, с целью увеличения долговечности и надежности, анод вьшолнен составным, содержащим неразрезное основание и расположенную на поверхности его, обра1ценной к катоду, систему элементов, установленную под углом к поверхности последнего, причем эта система элементов электрически связана с основанием и выполнена в виде структуры, разомкнутой по оси прибора.

2.Прибор по п. I, о т л и ч а ю щ я йс я тем, что система элементов вьшолнена

в виде пластин треугольной формы.

3.Прибор по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что. система элементов выполнена

в виде разрезанного по образующей усеченного конуса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Молоковский С. И., Сушков А. Д. №тенсивные электронные и ионные пучки. Л., Энергия, с. 15-23 (прототип).

2.Авторское свидетельство СССР по заявке N 2950191, 1981.

11

/L