Способ изготовления электронного прибора с металлическим фотокатодом

 

Изобретение относится к электронной технике, в частности сильноточным управляемым источникам электронов с металлическим фотокатодом, например, для промышленных ускорителей электронов или импульсных СВЧ-устройств. Целью изобретения является повышение эффектив1 ности фотокатода. Увеличение квантового выхода катода происходит в результате того , что после сборки прибора катод активируется импульсным управляемым светом электрическим разрядом, когда между катодом и ближайшим к нему электродом электронно-оптической системы прикладывают напряжение, равное 0,7-0,8 от пробойного, а плотность потока энергии лазерных импульсов устанавливают достаточной для развития пробоя. Проверка способа на фотокатодах из магния и алюминия показала повышение квантового выхода фотокатода в 5-10 раз по сравнению с известными способами активирования таких фотокатодов. Гил. ел с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

1807529А1 ((9) ((1) (я)5 Н 01 J 9/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНт CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4797602/21 (22) 01.03.90 (46) 07.04.93. Бюл. М 13 (71) Московский радиотехнический институт АН СССР (72) А. М. Бишаев, Ю, В. Демидов, В. В. Обухов и В. А. Трухин (56)1.А. Builta, J. S. Elllot, D. С. Molr, Т. P, Starhe апд S. А. Vesere PERMEX electron gun

development, 1ЕЕЕ Trans, Nucl. $с1, NS-ЗО, 1983, р, 2728. .). D, Saunders, Т, J, й!пц!ег, L. А, Bullta, Т. J, Kaupplla, О, С. Moir, S. W. Downey, Simple Lazer-driven, metal photokatodes as

cold,.high-current sources, 1ЕЕЕ Trans, Nucl.

Scl, NS — 34, 1987, р. 337. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА С МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ФОТО КАТОДОМ

Изобретение относится к электронной технике, в частности к сильноточным фотоэмиссионн ым импульсным источникам электронов, и может быть использовано при создании промышленных ускорителей технического применения и импульсных управляемых СВЧ-источников для нагрева плазмы в термоядерных ловушках.

Целью изобретения является повышение эффективности фотокатода, Цель достигается тем, что после сборки электронного прибора активирование поверхности фотокатода производится им(57) Изобретение относится к электронной технике, в частности к сильноточным управляемым источникам электройов с металлическим фотокатодом, например, для промышленных ускорителей электронов или импульсных СВЧ-устройств, Целью изобретения является повышение эффективности фотокатода. Увеличение квантового выхода катода происходит в результате того, что после сборки прибора катод активируется импульсным управляемым светом электрическим разрядом, когда между катодом и ближайшим к нему электродом электронно-оптической системы прикладывают напряжение, равное 0,7-0,8 от пробойного, а плотность потока энергии лазерных импульсов устанавливают достаточной для развития пробоя. Проверка способа на фотокатодах из магния и алюминия показала повышение квантового выхода фотокатода в 5 — 10 раэ по сравнению:с известными способами активирования таких фотокатодов. 1 ил. пульсным разрядом, который инициируется лазерным облучением поверхности катода, На чертеже изображена функциональная схема высоковольтной электронной пушки с фотокатодом. на которой реализуется данный способ, Задающий генератор 1 импульсов соединен с блоком управления ультрафиолетового лазера 2 с длиной волны излучения 249 нм. Вдоль оптической оси лазерного луча для наблюдения зэ формой лазерного импульса и измерения энергии установлен регистратор 3 отраженного света, для формирования луча устанг.алены коллиматор 4, ослабитель 5 и

18075? 9 кварцевая линза 6. Анод 7 электронной пушки, фотокатод 8 и место 9 для возможной установки калиброванного измерителя энергии лазерной вспышки размещаются в вакуумной камере 10, имеющей высоковольтный вакуумный ввод, через который высоковольтный источник 11 соединен с катодом 8 пушки. Анод 7 и катод 8 образуют электронно-оптическую систему прибора.

Измерительная схема включает сопротивление 10 Ом, через которое анод 7 замкнут на землю, и двухлучевой осциллограф

12, соединенный с анодом и контролирующим регистратором 3 отраженного света.

Перед откачкой камеры 10 запускают 15 генератором 1 лазер 2 и формируют на катоде четкое световое пятно с помощью коллиматора 4 и линзы 6. После этого производят (при вынутом катоде) калибровку энергий лазерного света по величине.от- 20 раженного от ослабителя 5 лазерного света с помощью измерителя мощности лазерного излучения, установленного на место 9 в вакуумной камере. Затем катод устанавливают в вакуумную камеру и присоединяют к .25 нему высоковольтный источник 11 питания.

Откачивают объем вакуумной камеры до значения 10 мкм рт,ст, включают высоко-5 вольтный источник питания и лазер. При воздействии лазерного света фотокатод 30 эмиттирует электроны, которые формируются в электронный луч под действием электрического поля между катодом и анодом пушки, возникающего при приложении потенциала к катоду от высоковольтного ис- 35 точника питания, Обычно эффективность фотокатода электронного прибора определяется вели чиной квантового выхода

У=ОП/Е, где Q — заряд электронов, ушедший с фотокатода в режиме насыщения тока, определяется интегрированием импульса фототока с 15 катода;

Š— энергия лазерной вспышки, определяемая по сигналу с регистратора отраженного света с помощью предварительной калибровки;

h — энергия кванта лазерного света.

Величина квантового выхода неактивированных металлических катодов (из алю5 миния, магния и др, и их сплавов) 10 из-за наличия на поверхности пленки окислов. Ак- 55 тивирование поверхности по существу заключается в обработке поверхности катода..

По предлагаемому способу активирование поверхн.. сти производят путем подбора плотности энергии лазерной вспышки на катоде до величины 2 10 10 Л :см Лл

2 у тельность вспышки эксимернп о лазера состав ляет 15-20 нс по полувысоте. В приведенной на чертеже схеме подбор необходимой энергии можно осуществлять за счет изменения режима работы лазера и изменения толщины ослабителя 5. Увеличивая напряжение на катоде, доводят его до пробойного, а затем снижают до величины 0,7-0,8 от пробойного, При таких режимах в момент освещения поверхности катода лазером между катодом и анодом пушки зажигается импульсный электрический разряд длительностью 0,20,5 мкс, энергию которого поддерживают в пределах 50 — 100 Дж на квадратный сантиметр освещаемой поверхности катода за счет подбора величины зарядной емкости высоковольтного источника питания.

Ограничения на режим работы в процессе активирования получены опытным путем. Уменьшение напряжения на пушке меньше 0,7 от пробойного или плотности энергии лазерной вспышки менее 2 10 Дж/см г приводит.к значительному уменьшению вероятности зажигания разряда. Увеличение напряжения выше 0,8 от пробойного приводит к частым неконтролируемым пробоям, Увеличение энергии лазерной вспышки выше 10

-1

Дж/см или увеличение энергии, выделяемой в разряде, выше 100 Дж/см приводят г к интенсивному разрушению поверхности фотокатода и снижению электрической прочности высоковольтных изоляторов ввода из-за напыления на них материала фотокатода. Снижение энергии, выделяемой в разряде, меньше 50 Дж/см резко уменьша2 ет эффективность активирования поверхности катода.

Способ был осуществлен для активирования фотокатодов из магния и алюминия.

На катоде пушки формировалось лазерное пятно размером 0,8 х 0,8 мм, энергия лазерг ной вспышки. составляла 0,65 мДж, а энергия, выделяемая в разряде -0,3 Дж, Предваритель. но на катод подавалось напряжение 19 кВ, т.е. осуществлялся следующий режим активации; напряжение на катоде 0,7 от пробойного, плотность энергии лазерной вспышки 0,1 Дж/см, г плотность энергии, выделяемой в импульсном разряде, 50 Дж/см, Если на катод подавалось напряжение 18 кВ, то активирующий разряд зажигался только с вероятностью 0,5.

При подаче напряжения выше 22 кВ работа была затруднена из-за неконтролируемых пробоев. B результате активирования поверхности йолучены значения величины кванто,вого выхода для алюминиевого и магниевого катода на уровне 10, что на два порядка превосходит квантовый выход неактиви ованной поверхности и в 5-10 раз выке кван1807529

Составитель А, Киселев

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н. Гунько

Редактор м

Заказ 1383 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 тового выхода, получаемого при активировании поверхности прогревом или наращиванием мощности лазерной вспышки, Реализация изобретения позволит значительно поднять эффективность разборных импульсных электронных приборов с фотокатодом.

Формула изобретения

Способ изготовления электронного прибора с металлическим фотокатодом, возбуждаемым эксимерным лазером, включающий сборку электронно-оптической системы прибора и активирование фотока одл путем облучения его поверхности импульс.,а ми лазерного излучения до стабилизации эмиссионных характеристик, о т л и ч а ю5 шийся тем, что, с целью повышения эффективности фотокатода, между катодом и ближайшим к нему электродом электроннооптической системы прикладывают напряжение, равное 0,7-0,8 от пробойного, а

10 плотность потока энергии лазерных импульсов устанавливают достаточной для развития электрического пробоя.