Трехэлектродная электронная пушка с продольной компрессией

 

1. ТРЕХ ЭЛЕКТРОДНАЯ ЭЛЕ ТРОННАЯ ПУШКА С ПРОДОЛЬНОЙ КО ПРЕСРИЕЙ, соае1Ьжащая расположенные поелеаоватепьно на оаной оси и разаеленные изоляторами катодный узел, ускоряющую диафрагму. снабженную охлаждаемым корпусом Ь тепловыми экранами, в замедляющую диафрагму , а также магнитный &кран, имеющий цилиндрическую и торцовые части, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения габаритов пушки и уменьшения потерь мощности пучка за счет улучшения условий его формирования, пш1внщ)ическая часть магштного экрана выпопнеиа вз нескольких кольцевых деталей, расположенных на охлаждаемых поверхностях корпуса ускоряющей диафрагмы, а замедляющая диафрагма выполнена из магнвтомягкого материала, причем зазоры между отдельными деталями магнитного эЕраш составляют 0,1-0,05 его внеогаего диаметра. g 2. Трехэлектродная электронная пушка с продольной компрессией по п. 1 , отличающаяся тем, что ввпнндрическая часть магнитного экрана состоит из трех кольцевых деталей, две на которых расположены на тепловых экранах , а треться - на корпусе ускорякяцей диафрагмы.

00103 СОВЕТСКИ)(СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(д) Н 01 29/48

1 опислник изоьгяткния ,!

-) /

Н ABTOPCHOMV СВИДКтяЛьСтву

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3385046/18-21 (22) 29. 01. 82 (46) О7.04. 84. Бюл. 13 (72) Н.С Зинченко и В.А.Соколова (71) Харьковски и ордена Красного

Знамени институт радиофизики и электроники АН УССР (53) 621,385.832.032.269. 1(088.8) (56) 1, Зинченко Н,С.,Соколова В.А.

Низковольтная электронная пушка для испарительного устройства. "Электронная обработка материалов,. 1979, l4 4, с. 83.

2.. Зинченко Н.С. Заключительный отчет Исследования и .применения высокопервеансной электронной оптики" Пучок Ш Б984-804 ИРЭ АН УССР. Харьков, 1980, с.26-27 (нрототнп). (54) (57) 1. ТРЕХЭЛЕКТРОДНАЯ ЭЛЕК

ТРОННАЯ ПУШКА С ПРОДОЛЬНОЙ КОМПРИХ:ИЕЙ; соцержашая расположенные послецовательно на оцной оси и разцеленные нзоля торами катодный узел, ускоряющую диафрагму, - снабженную охлаждаемым корпусом с тепловыми экранами, и замедпякмцую диафрагму, а также магнитный экран, имекщий цилиндрическую и торцовые части, о т личающаяся тем,что,спелью уменьшения габаритов пушки и уменьшения . потерь мощности пучка за счет улу ппения условий его формирования, цилиндрическая часть магнитного экрана выполнена из нескольких кольцевых деталей, расположенных на охлаждаемых поверхностях корпуса ускорякяцей диафрагмы, а замедпякхцая диафрагма выполнена из магнитомягк<п о материала, причем зазоры между отдельными деталями магнитного экрана составляют 0,1-0,05 его внешнего диаметра.

2. Трея электродная электронная пушка с продольной компрессией по н.1, о т л и ч а ю m а я с я тем, что цилиндрическая часть магнитного экрана со- С стоит из трех кольцевых деталей, две из которых расположены на тепловых экранах, а треться — на корпусе ускорякецей диафрагмы.

Ь3

1028

Из обретение относится к вы сок оп ервеансной электронной оптике и может найти применение в электроннолучевом оборудовании технологического назначения, в интенсивных рентгеновских трубках, электро-5 вакуумных приборах СВЧ, а также в установках для научных исследований.

Из принципа работы высокопервеансных электронных пушек с продольной компрессией следует, что вследствие большо- I0 го значения первеанса формируемого пучка ее область формирования (катодпервая. диафрагма — вторая диафрагма) имеет малый обьем и немонотонное распределепие осевого потенциала в нем.

Последнее тредует тщательного экранировапия области формирования пучка От внешнего магнитного (например, фокусирую щего) поля„

Известна трехэлектродная пушка с

20 продольной компрессией 1 . Зкранирование от внешнего магнитного поля осуществляется nнешншл (по отношению к пушке) магнитным экраном, представляющим собой цилиндрический стакан с отверстием в днище для выхода пучка.

Недостатками описанной пушки являютсч заметная потеря мощности электронного лучка вследствие измерения траекторий электронов под действием проникающего магнитного поля, а также

ЭО ухудшение фокусировки пучка вне пушки (и на выходе из нее) вследствие искажения внешнего магнитного поля магнитным экраном больших размеров и отверстий в нем.

Кроме того, могут возникнуть электри- ческие пробои между второй и первой диафрагмами, что обусловлено малым параллельным зазором между ними при большой eI о IrpoTH?!ceHHOGTH, Наиболее близкой к изобретению по технической супгности и достигаемому эффекту является трехэлектропая электронная пушка с продольной компрессией f2), содержащая расположенные последователь-445 но на одной оси и разделенные изоляторами катодный узел, ускоряюшу|о диафрагму, снабженную охпаждаемым корпусом с тепчовыми экранами, и замедляющую диафрагму, а также магнитный эк- 50 ран, имеющий цилиндрическую и торцовые части. Кольцевые изоляторы являются частью металлокерамического корпуса, размещенного внутри магнитного экрана.

Торец экрана, примыкающий к замедляю- 55 щей диафра-ме, имеет отверстие с диаметром, болыжм, чем диаметр отверстия диафрагмы (так как материал экранирую2 щего торца имеет конечную толщину), поэтому внешнее магнитное поле проникает в область формирования пучка. Заледляющая диафрагма выполнена из не.агнитпого материала. В данной пушке зпачптельпо уменьшена вероятность электрических пробоев между диафрагмами за с IBT конической формы замедляющей диафрйгмы.

Однако остаются заметные потери

iëoIIùoñòH пу ка из-за перехвата части его тока на электроды вследствие проникновения внешнего магнитного поля в область формирования, искажающего траектории электронов формируемого пучка

Последнее оссбснно существенно в пушках с большой мощностью пучка, так как значительные токи перехвата (относительно низкий коэффициент токопрохождения) приводят к значительному нагреванию, отгпаживанию и даже оплавлению электродов.

Кроме того, внешний экран имеет больIlI!Ie размеры, вызывает значительные искажения внешнего магнитного поля (наг..pèìeð, фокусирующего), что также ухуд шает согласование 1гучка с полем и может приводит к пульсациям поперечного размера пучка. Большие размеры внешнего экрана приводят также к увеличению металлоемкости и веса пушки.

Целью изобретения является уменьшение габаритов пушки и уменьшение потерь мощности пучка за счет улучшения условий его формирования.

1Лель достигается тем, что в предлагаемой трехэлектродной пушке с продольной компрессией, содержащей расположенные последовательно на одной оси и разделенные изоляторами катодный узел, ускоряющую диафрагму, снабженную охлаждаемым корпусом с тепловыми экранами, и замедляющую диафрагму, а также магнитный экран, имеющий цилиндрическую и торцовые части, цилиндрическая часть магнитного экрана выголнена из нескольких кольцевых деталей, расположенных на охлаждаемых поверхнсстях корпуса ускоряющей диафрагмы, а, зсмeдляющая диафрагма выполнена из магнитомягкого материала, причем зазсры между отдельными деталями магнитного экрана составляют О, 1-0,05 его внешнего диаметра. Цилиндрическая

1 часть магнитного экрана состОит из трех кольцевых деталей, две из которых расположены на тепловых экранах, а третья - на корпусе ускоряющей диафрагмы, Зто позволило сделать магнитный

3 1028 экран внутренним (в отличие от прототипа, где .экран — внешний) относительно корпуса пущки и обеспечило. его малые габариты, Экранирукйцие кольца находятся дод потенциалами электродов, на ко5 торых они закреплены. Замедляющая (вторая) диафрагма и нижний фланец пушки также являются составными частями магнитного экрана. В итоге магнитное поле в области формирования пучка ка- 1р тод-ускоряющая диафрагма-замедляющая диафрагма составпяет не более 2,0-2,5% величины внешнего магнитного поля, что не оказывает заметного влияния на траектории электронного пучка, à следовательно, ведет к значительному уменьшению потерь его мощности. В пушке с, внешним магнитным экраном магнитное поле в области формирования пучка составляет 5-10% величины внешнего маг- 2О нитного пспя

Эксперименты показали, что оптимальные радиальные и торцовые зазоры между отдельными деталями экрана составляют О, 1-0,05 их диаметра. 25

При увеличении зазоров свыше 0,1 диаметра экранов магнитное поле проникает внутрь электроннооптической системы, нижний предел предложенного соотношения обусловлен ..эпловыми расширениями деталей при нагреве катода и пробойным напряжением.

На фиг. 1 схематично изображена трехэлектродная ° электронная пушка; на фиг. 2 - кривая осевого распределения магнитного поля в пределах пушки и

35 ее окресностях, полученная экспериментально, как с однородным, так и с резкоиеоднородным внешним (фокусирующим) полем на фиг.3 - экспериментальные 4, кривые изменения коэффициента токопро1 катода полученные с высокопервеансными душками (P 7<20.10 А/В 9I2), при из- 45 мене е в V1 / 92 в широких пределах для двух случаев: кривая 12с внутренним магнитным экраном, кривая 13 — с внешним магнитным экраном.

Пушка содержит расположенные со- 50 осно катодный узел 1, включающий в себя катод с эмиттером из гексаборида лантана и подогревателем, корпус держателя катода и прикатодный электрод (на фиг.1 не доказаны), ускоряющую ss (первую) диафрагму 2, снабженную охлаждаемым корпусам с тепловыми экранами 3, замедлякяцую коническую диа189

Фрагму 4 с раскрывом по ходу пучка. цилиндрические изоляторы 5,6 совместно с нижним фланцем 7 и верхним фланцем 8 образуют металлокерамический корпус, внутри которого соосно на тепловых экранах 3 диафрагмы 2 установлены кольцевые детали 9,10 (внутри керамических изоляторов 5,6), а кольцевая деталь 11 закреплена на охлаждаемом корпусе диафрагмы 2. ЖДетали 9,10. 11 выполнены из магнитомягкого материала и представляют собой составные части магнитного экрана, частями которого являются также выполненные из магнитомягкого материала замедляющая диафрагма 4 и нижний фланец 7, служащий основанием дня крепления катодного узла 1. Зазоры между отдельными деталями экрана (диафрагма 2, детали 9,10,11 и фпанец 7) составляют (предпочтительно) 0 1-0,05 их диаметра и равны толщине материала деталей или меньше ее.

Устройство работает следуюцпм образом.

С помощью подогревателя катодиого узла 1 нагревают катод до рабочей температуры, в результате они эмиттирует электроны, которые попадают в область формирования пучка, т.е. между катодом и диафрагмой 2 с потенциалом Y где они ускоряются, и, пройдя. через ее апертурное отверстие, попадают в область электрического поля диафрагмы 4 с по" тенциалом Y2. После выхода сформированного электронного пучка из пушки (из си верстия диафрагмы 4) последний фокусируется внешним магнитным полем (на фиг.1 не показано). При этом внешнее магнитное поле ослабляется в области формирования пучка настолько, что не искаФ жает траектории движения электронов; составляющих пучок, так как эта область экраниравана деталями 9,10 11, диафрагмой 4, фланцами 7 и 8. Магнитный экран ослабляет внешнее как однородное, так и неоднородное магнитное попе в 5080 раз. Формирование электронного à происходит под действием ацектрического поля в области формирования, создаваемого ускоряющим потенциалом V, диафрагмы 2 и замедляющим потенциалом У диафрагмы 4. Ослаждаемые, например, водой тепловые экраны 3 и керамические изоляторы 5,6 предотвращают электрические пробои и утечки тепла.

Приведенная на фиг.2 экспериментальная кривая осевого распределения магнитного поля в пределах пушки: нижний фла3 1028 нец 7 - К (катод) - g (диафрагма 2)

)) (диафрагма 4) — верхний фланец 8, а также в окресностях пушки наглядно демонстрирует резкое ослабление (в 50-80 раз) магнитного поля в зоне формирова- 5 ния пучка по сравнению с внешним магнитным полем в пушке.

В пушке с внешним экраном (прототИпе) ослабление поля происходит в мень-: шей степени (в 10-20 раз ), что ухуд. шает формирование пучка. Следствием, этого является уменьшение коэффициента ток опрохожд ения.

В пушке за счет счабжения ее внутренним магнитным экраном коэффициент токопрохождения при У< !V =2 состаьляет 99,7%, а в прототипе (с внешним магнитным экраном) — 97%. Следовательно мощность пучка (при V>=Canst) в первом случае 3 а во втором -З„Ч =-0,973,т.е. имеет место значительная потеря мощности пучка, Экспериментальные кривые изменения коэффициента токопрохождения пуч- ° ка для пушки с внутренним магнитным экраном (предложенный) и с наружным (прототипом), приведенные на фиг.З; цоказывают, что во втором случае при

Ь, l

189

Yz !V )2,5 коэффициент токопрохождения Q резко падает, тогда как в первом случае при Ч. !Ч=10 ),98%, что особенно важно при получении пучков -большой мощности и низком потенциале (М )большой первеанс- и для осуществения глубокой модуляции тока пучка.

В предложенной пушке за счет испсщьзования внутреннего магнитного экрана пульсации тока пучка практически не обнаружены, в то время как в известной пушке они составляют 10-20%.

Пушка с внутренним магнитным экра-. ном вследствие малых габаритов последнего имеет меньший вес и меньшую металлоемкость.

Размещение деталей экрана на охлаждаемых деталях обеспечивает поддержание хорошего вакуума в области пушки, так как отсутствует отлаживание материала экрана. Кроме того, поскольку одни детали внутреннего экрана совмещены, а другие являются составными элементами самой пушки, они одновременно с последними жестко юстированы и при установке пушки в том HJIH ином приборе (оборудовании) не требуется выставления их, как при применении внешнего экрана.

1028189

Составитель А.Ватаев

Редактор Л.Письман Техред C.Èèãóíîåà Корректор, А.Тяско

Заказ 2445/5 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал 11IEf Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4