Импульсный источник электронов

 

Изобретение относится к сильноточной электронике и может найти применение в областях техники, связанных с использованием электронных пучков. Цель изобретения расширение функциональных возможностей импульсного источника электронов за счет увеличения диапазона регулировки тока пучка. Источник содержит конденсатор 1 с емкостью C₁ первичного контура трансформатора Тесла (ТТ), коммутатор 2, плазменный катод (ПК) и анод 11. Цель достигается тем, что в источник введены прерыватель 3 тока и разрядник 6. При этом обмотки 4 и 5 ТТ выполнены дисковыми и расположены осесимметрично по отношению друг к другу. ПК выполнен в виде полосковой спиральной линии, один из электродов которой является обмотка 5, отделенная от электрода 7 диэлектрическим заполнением 8. В описании изобретения приведены математические выражения для определения собственной частоты с помощью которых добиваются соответствия параметров первичной и вторичной обмоток ТТ. 1 ил.

Изобретение относится к сильноточной электронике и может найти применение в ускорительной технике, технике СВЧ, промышленной технологии, связанной с использованием электронных пучков. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей источника за счет увеличения диапазона регулировки тока пучка. На чертеже приведена схема импульсного источника электронов. Импульсный источник электронов содержит конденсатор 1 с емкостью С₁первичного контура трансформатора Тесла, коммутатор 2, прерыватель 3 тока. Обмотка 4 и 5 трансформатора Тесла выполнены дисковыми и расположены осесимметрично по отношению друг к другу. Это необходимо для создания потокосцепления контуров трансформатора. Обмотки 4 и 5 трансформатора подсоединены к разряднику 6. Плазменный катод выполнен в виде спиральной полосковой линии, одним из электродов которой является обмотка 5, а второй электрод 7 отделен от первого диэлектрическим заполнением 8. Конденсатор между полосковыми электродами представлен собой конденсатор с емкостью С₂ вторичного контура трансформатора Тесла. Плазменный диод содержит вакуумную камеру 9, высоковольтный проходной изолятор 10 и анод 11. Давление остаточного газа в вакуумной камере 9 составляет ≈ 10⁵ Торр. Источник работает следующим образом. Сначала заряжается конденсатор 1 первичного контура трансформатора Тесла до некоторого напряжения U_о. Затем срабатывает коммутатор 2, конденсатор 1 начинает разряжаться на первичную обмотку 4 трансформатора, и в этой цепи развивается колебательный процесс. Во вторичной цепи а конденсаторе, образованном спиральной линией из электродов 5, 7, формируется напряжение U₂: U₂= Usin sin (1) где U_о напряжение, до которого зарядился конденсатор 1; ω_о собственная круговая частота каж- дого контура (ω_o= 1/ 1/ К коэффициент индуктивной связи контуров K M, где М взаимная индуктивность контура). L₁, L₂ индуктивности контуров трансформатора Тесла. Используя следующие обозначения: Ω_в= (2) Ω_св= (3) где Ω_Б частота биений; Ω_св частота свободных колебаний; уравнение (1) приводят к виду U₂= U ·sinΩ_БtsinΩ_овt (4) Для зажигания разряда на катодном узле необходимо выполнить следующее условие:
U₂ ≥ U_пор, (5) где U_пор пороговое напряжение зажигания разряда. В зависимости от типа разряда и геометрических параметров катодного узла величина U_пор имеет различные значения. Кроме того, верхний предел на U₂ накладывает величина сквозного пробоя диэлектрического заполнения 8. Из выражений (1), (3) и (4) видно, что в зависимости от коэффициента индуктивной связи контуров К напряжение U₂ является функцией времени t. При стремлении К к единице U₂ достигает своего максимального значения на первом полупериоде биений при высокой частоте свободных колебаний. В зависимости от времени и от параметров вторичной цепи трансформатора изменяется концентрация электронов в плазме разряда на катодном узле. Ускоряющее напряжение, которое вытягивает электронный пучок из катодной плазмы, появляется при разрыве цепи первичного контура с помощью прерывателя 3 тока. Поэтому необходимо подбирать отношение времени формирования катодной плазмы и момента времени прерывания тока. Изменение тока напряжения U₁ в цепи первичного контура описывается уравнениями
i₁= [ω₁sinω₁t+ω_IIsinω_IIt] (6)
U₁= [cosω_It+cosωt] cosΩ_свcosΩ_Бt (7)
Ток i₁ достигает своего максимального значения при U₁ 0 на первой полуволне свободных колебаний. Решение уравнений (6 и 7) показывает, что U₁ обращается в нуль при t₁:
t₁= (8) где n ± 1, ± 2,
В силу вышесказанного принимают n1. Если принять К 0,153, величина i₁ и второй максимум тока, но к этому времени цепь первичного контура разорвется (на первом максимуме срабатывает прерыватель тока), следовательно, t₁ T₁/C)
0 < T₁< (9)
В этом случае можно подобрать соответствие параметров первичной и вторичной обмоток трансформатора Тесла. С целью оптимизации источника по критериям формирования катодной плазмы до достижения максимального значения тока разряда в первичной цепи трансформатора Тесла формулу (9) преобразуют относительно собственной круговой частоты контуров трансформатора Тесла. В итоге получают:
ω_o≅ (10) Из формулы (10) следует ограничение на выбор ω_о, а следовательно, на L₁, C₁, L₂, C₂, K.

Формула изобретения

ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ, содержащий генератор импульсного напряжения с трансформатором Тесла, включающим первичный и вторичный контуры, состоящие из конденсаторов и обмоток, и электронную пушку, содержащую анод и плазменный катод, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения диапазона регулировки тока пучка, в него введены прерыватель тока, включенный в первичный контур, и разрядник, при этом обмотки контуров трансформатора Тесла выполнены дисковыми, размещены осесимметрично одна относительно другой и подключены к выводам разрядника, плазменный катод выполнен в виде полосковой спиральной линии с диэлектрическим заполнением, емкость которой является конденсатором вторичного контура трансформатора Тесла, а один из полосковых электродов его вторичной обмоткой, при этом собственная частота ω [c^-1] контуров трансформатора Тесла определяется из условия

где T₁ длительность первой полуволны колебаний в первичном контуре трансформатора Тесла, с;
K коэффициент взаимной индуктивной связи контуров трансформатора Тесла.

РИСУНКИ

Рисунок 1