Вакуумный диод

Изобретение относится к области электронной техники. Вакуумный диод для получения сильноточных электронных пучков большого сечения для возбуждения мощных газовых лазеров, решения задач радиационной технологии, плазмохимии, защиты окружающей среды. Для получения пучка применены взрывоэмиссионные катоды, предусмотрена многосторонняя инжекция электронного пучка через фольговые окна в газовую камеру, являющуюся анодом. Для уменьшения магнитного поля в диоде использованы обратные токопроводы, соединяющие между собой стенки вакуумной и газовой камер, в виде стержней небольшого диаметра, размещенных в отверстиях в катододержателях. Технический результат - уменьшение размеров вакуумного диода и числа токовводов, необходимых для подачи напряжения к катодам. 1 ил.

 

Изобретение относится к технике получения сильноточных электронных пучков с большой площадью поперечного сечения и может использоваться для возбуждения мощных газовых лазеров, в радиационной технологии, плазмохимии, а также для решения задач защиты окружающей среды.

Известен вакуумный диод [1], содержащий вакуумную камеру, анод, функцию которого выполняет газонаполненная кювета, изготовленная в виде полого шестигранника с окнами на поверхности граней, закрытыми тонкой фольгой для ввода электронного пучка в газ, обечайку - металлический цилиндр большого диаметра и длины, выполняющий функции катододержателя, взрывоэмиссионные катоды, пластины обратных токопроводов. Кювета и обечайка располагаются соосно с вакуумной камерой. Взрывоэмиссионные катоды установлены на внутренней поверхности обечайки напротив фольговых окон. Для предотвращения пинчевания пучка диод разделен пластинами обратных токопроводов на 6 магнитно-экранированных друг от друга секций. Пластины установлены между катодами вдоль оси системы и имеют электрический контакт с кюветой и вакуумной камерой. Узлы пластин в сборе имеют П-образную форму, позволяющую разместить их без пересечения с обечайкой, находящейся под высоким отрицательным потенциалом. Наличие обечайки не требует большого числа токовводов в вакуумную камеру - подача напряжения к катодам осуществляется через два токоввода от двух генераторов с помощью вакуумных линий. Недостатком диода являются относительно большие размеры (диаметр вакуумной камеры 1390 мм при диаметре окружности, описанной вокруг поперечного сечения кюветы, 410 мм), что связано с необходимостью обеспечения надежной вакуумной изоляции между обечайкой и узлами пластин обратных токопроводов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению аналогом [2], взятым за прототип, является вакуумный диод с обратными токопроводами, часть которых изготовлена в виде так называемых «средних» пластин (mid-plane current returns). Диод предназначен для 8-сторонней инжекции электронного пучка в газовую камеру и разделен на 8 магнитно-экранированных секций с помощью 4 пластин обратных токопроводов, соединяющих кювету со стенками вакуумной камеры, установленных между катодами вдоль оси кюветы, и 4 «средних» пластин, установленных в прямоугольных отверстиях большой длины, имеющихся в катододержателях, между двумя эмитирующими частями каждого из катодов. Протекание обратного тока в средних пластинах, как и пластинах, расположенных между катодами, приводит к уменьшению магнитного поля в диоде. Применение средних пластин позволяет увеличить число магнитно-экранированных секций вдвое по отношению к числу катодов, при этом напряжение от генератора подается через вакуумные вводы раздельно на каждый из катодов. Отсутствие общего катододержателя в виде обечайки позволяет уменьшить размеры вакуумного диода. В то же время из-за большого числа катодов и раздельной подачи напряжения на каждый из них число токовводов оказывается большим.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение размеров вакуумного диода и числа токовводов в вакуумную камеру.

Указанный результат достигается тем, что в известном вакуумном диоде, содержащем вакуумную камеру, катоды, катододержатели с отверстиями, газовую камеру, являющуюся анодом, расположенную соосно с вакуумной камерой, обратные токопроводы, соединяющие анод со стенками вакуумной камеры и проходящие через отверстия в катододержателях, указанные токопроводы согласно изобретению изготовлены в виде стержней небольшого диаметра, равного или меньшего длины ускоряющего промежутка катод-анод.

Применение стержневых обратных токопроводов, как и пластин, позволяет уменьшить магнитное поле в диоде. Благодаря малому диаметру стержней для их установки не требуется изготовления отверстий большого диаметра или большой длины в катододержателях, препятствующих протеканию тока по катододержателю, что позволяет осуществить подачу напряжения от одного токоввода не только к двум эмитирующим частям одного катода, но и к нескольким катодам, и, в конечном счете, уменьшить число токовводов.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом на Фиг.1.

Вакуумный диод содержит вакуумную камеру 7, два катододержателя 2 с токовводами 3 и шестью катодами 4, шесть выводных окон 5, расположенных на боковой поверхности газовой камеры 6. Газовая камера, являющаяся анодом, соединена с вакуумной камерой двумя обратными токопроводами в виде пластин 7, расположенных между катодами. Пластины осуществляют деление диода на две магнитно-экранированные друг от друга секции. Кроме пластин для уменьшения магнитного поля между газовой камерой и стенкой вакуумной камеры установлены 16 стержневых обратных токопроводов 8, проходящих через отверстия с защитными экранами 9, изготовленные в катододержателях. Диаметр вакуумной камеры составляет 740 мм, диаметр газовой камеры 450 мм, длина межэлектродного зазора катод-анод 35 мм, диаметр стержней 20 мм, диаметр отверстий в катододержателях 100 мм. Напряжение на катоды подается через два токоввода от двух генераторов.

Работа диода описывается следующим образом. При подаче импульса напряжения амплитудой 500-550 кВ на диод происходит инициирование эмиссии на катодах 4 и генерация электронного пучка с суммарным током обеих секций 200-250 кА. Расчеты и измерения магнитного поля, выполненные на модели диода, показывают, что в отсутствие стержневых обратных токопроводов величина индукции магнитного поля в диоде на краях пучков вблизи пластин обратных токопроводов достигает 500 Гс. При таких значениях индукции электроны входят в фольгу под большими углами (считая от нормали к поверхности фольги), что приводит к значительным потерям энергии пучка при прохождении фольговых окон. Размещение стержневых обратных токопроводов в диоде обеспечивает появление обратных токов стержней, при этом магнитные поля на краях пучков, отбираемых с катодов, уменьшаются более чем в два раза до 200 Гс. Благодаря малым диаметрам стержней и отверстий в катододержателях наличие отверстий не препятствует протеканию токов вдоль катододержателей и не приводит к появлению паразитных магнитных полей, ухудшающих характеристики электронного пучка. Измерения энергии пучка, прошедшего фольговые окна, с помощью калориметров показали, что величина энергии, вводимой в газовую камеру при использовании стержневых обратных токопроводов, составляет 50% от энергии электронного пучка в диоде, как и в известных диодах [1, 2] с обратными токопроводами в виде пластин. При этом размеры диода, как и число токовводов, малы, что упрощает конструкцию диода, приводит к уменьшению его индуктивности, открывает возможности дальнейшего увеличения тока и энергии электронного пучка.

Источники информации

1. Kovalchuk, B.M., Abdullin, E.N., Grishin, D.M., Gubanov, V.P., Zorin, V.B., Kim, A.A., Kumpjak, E.V., Morozov, A.V., Skakun, V.S., Stepchenko, A.S., Tarasenko, V.F., Tolkachev, V.S., Schanin, P.M., & Tsoy, N.V. (2003). Linear transformer accelerator for the excimer laser. Laser and Particle Beams, 21, 295-299.

2. Kidd, A.K., Angood, S.M., Bailly-Salins, R., Carr, P.S., Hirst, G.J., & Shaw, M.J. (1993). The TITANIA amplifier module design. Pulsed Power System for TITANIA KrF Laser Module. In Proc. 9th IEEE Int. Pulsed Power Conf. (Prestwich, К. & Baker, W., Eds.), Albuquerque, New Mexico, 2, 718-722.

Вакуумный диод, содержащий в вакуумной камере взрывоэмиссионные катоды, катододержатели с отверстиями, газовую камеру, являющуюся анодом, с фольговыми окнами для ввода пучка, установленную соосно с вакуумной камерой, обратные токопроводы, соединяющие анод со стенками вакуумной камеры, отличающийся тем, что обратные токопроводы, проходящие через отверстия в катододержателях, изготовлены в виде стержней с диаметрами, равными длине межэлектродного промежутка катод-анод или меньшими.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии получения композиционных катодов для ионно-плазменного напыления многокомпонентных наноструктурных покрытий.

Изобретение относится к технологии изготовления эмиттеров электронов с пониженной работой выхода, может использоваться в диоде для выпрямителей переменного тока в постоянный при высоких температурах окружающей среды.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к способам лазерной обработки материалов при изготовлении автоэмиссионных катодов из стеклоуглерода, которые могут быть использованы в области приборостроения электронной техники, а именно в электровакуумных приборах с большой плотностью электронных потоков и микросекундным временем готовности.

Изобретение относится к области электронной техники. Способ изготовления МДМ-катода заключается в нанесении на подложку нижнего электрода, диэлектрика, верхнего электрода и формовку структуры.

Заявленное изобретение относится к области электротехники, а именно, к способу получения трехмерно-структурированной полупроводниковой подложки для автоэмиссионного катода, и может быть использовано в различных электронных приборах: СВЧ, рентгеновских трубках, источниках света, компенсаторах заряда ионных пучков и т.п.

Изобретение относится к устройствам вакуумной электроники, в частности к источникам для получения электронного потока - автоэмиттерам (холодным эмиттерам) электронов, материалам и способам их изготовления.

Изобретение может найти применение в качестве приборной структуры для твердотельных автоэмиссионных диодов и эмитирующих электроны активных элементов функциональных узлов как в твердотельной электронике, так и в вакуумной эмиссионной электронике, в том числе в силовой СВЧ электронике.
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении изделий светоиндикаторной техники и эмиссионной электроники на основе автоэлектронной эмиссии матрицы многоострийных углеродных эмиттеров на пластинах монокристаллического кремния.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технике газоразрядных приборов. .

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении изделий светоиндикаторной техники и эмиссионной электроники на основе автоэлектронной эмиссии многоострийных углеродных структур.

Фотокатод // 2542334
Изобретение относится к области электронной техники. В фотокатоде, выполненном из высокочистого полупроводника, область, регистрирующая оптическое излучение, выполнена в виде полупроводниковой мембраны с омическим контактом к несущей ее подложке и расположенной над отверстием в ней, на лицевой поверхности полупроводниковой мембраны расположен диэлектрический слой нанометровой толщины и приемный электрод, отделенный от диэлектрического слоя вакуумным промежутком и выполненный в виде пленок из проводящего полупрозрачного для оптического излучения материала и люминофора, последовательно нанесенных на прозрачную для света подложку. Технический результат - расширение спектрального диапазона чувствительности фотокатодов. Области возможного использования предлагаемой конструкции - фотокатодные узлы вакуумных высокочувствительных, термо- и радиационно стойких приемников излучений и приемников изображений для спектрального диапазона 0,22-1,0 мкм. В основу работы предлагаемого фотокатода положены туннельно-термоактивационные физические эффекты, что дает возможность управляемо изменять работу выхода фотоэлектронов в вакуум. 2 ил.

Изобретение относится к области изготовления электровакуумных приборов, в частности к способу получения интерметаллического антиэмиссионного покрытия Pt3Zr на сеточных электродах генераторных ламп, и может быть использовано для получения интерметаллических антиэмиссионных покрытий на сеточных электродах генераторных ламп. Последовательно формируют слои карбида материала сетки распылением графитового катода катодным пятном вакуумно-дугового разряда. Наносят карбид циркония и поверхностный слой платины. Осуществляют отжиг сеточного электрода в вакууме. Наносят из потока металлической плазмы вакуумно-дугового разряда слой циркония. Использование в процессе получения антиэмиссионного покрытия предварительно сформированного слоя карбида материала сеточного электрода позволяет создать барьерный слой для диффузии платины в керн материала сетки, а использование переходного слоя циркония обеспечивает модифицирование поверхности и получение на границе раздела поверхностей новой комбинированной фазы (Mo-C-Zr), являющейся дополнительным барьерным слоем для диффузии материалов. Кроме этого на этапе получения интерметаллического соединения свободный цирконий связывает освобождающийся углерод с образованием карбида циркония (ZrC), который выполняет функции барьерного слоя. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к методам изготовления элементов ионно-оптических систем электроракетных двигателей и источников ионов различного назначения, которые, в частности, могут использоваться в составе технологических ионно-плазменных установок. Способ включает послойную укладку углеродных волокон или углеволоконной ткани на рабочую поверхность формообразующего элемента. На основании (1) формообразующего элемента расположены выступы (2) в форме цилиндров с вершинами конической формы. Форма и размеры выступов (2) соответствуют форме и размерам выполняемых в электроде отверстий. Формообразующий элемент изготавливают методом лазерной стереолитографии. В качестве материала элемента используют фотополимеризующийся композиционный материал. На сплетенные углеродные волокна наносят связующее вещество и проводят предварительную термообработку заготовки. Термообработка включает ступенчатое увеличение температуры, повышение давления, действующего на заготовку, охлаждение заготовки и снижение давления до уровня давления окружающей среды. Формообразующий элемент удаляют после завершения предварительной термообработки путем его нагрева до температуры, превышающей температуру плавления материала. В результате выжигания формообразующего элемента в заготовке электрода образуются отверстия заданной формы. Затем осуществляют термическое разложение связующего вещества в перфорированной заготовке до образования углерод-углеродного композиционного материала. Технический результат - повышение качества электродов за счет исключения остаточных деформаций, повышение точности изготовления отверстий в электродах и обеспечение возможности изготовления перфорированных электродов со сложной конфигурацией каналов отверстий. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к ядерной технике, а более конкретно - к электрогенерирующим каналам (ЭГК) термоэмиссионной ядерной энергетической установки (ЯЭУ), и может быть использована при разработке и изготовлении эмиттерных оболочек долгоресурсных ЭГК для ЯЭУ с реакторами на тепловых и промежуточных нейтронах. Монокристаллическая эмиттерная оболочка представляет собой подложку из упрочненного сплава Мо - (3-6) мас.% Nb, на которую последовательно нанесены слой из W - (1-3,5)) мас.% Nb толщиной 100-300 мкм и эмиссионное покрытие из W. Способ изготовления эмиттерной оболочки включает электронно-лучевую бестигельную зонную плавку подложки из Мо - (3-6) мас.% Nb и нанесение на ее внешнюю поверхность слоя из W - (1-3,5) мас.% Nb методом химических транспортных реакций в реакционном аппарате путем термического разложения хлоридов W и Nb на нагретой подложке, при непрерывном отводе отработанной газовой смеси из реакционного аппарата. Последующее нанесение эмиссионного покрытия из W осуществляют без протока газовой смеси в замкнутом режиме реакционного аппарата. При этом для нанесения слоя из W - (1-3,5) мас.% Nb и эмиссионного покрытия из W используют реакционный аппарат с возможностью перехода в одном процессе от проточного режима к режиму без протока газовой смеси. Повышение эксплуатационного ресурса ЭГК по критерию допустимой диаметральной деформации оболочки твэла за счет уменьшения скорости ползучести эмиттерной оболочки, является техническим результатом. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электровакуумной техники, в частности к полупроводниковым оптоэлектронным устройствам - фотокатодам, а именно к гетероструктуре для полупрозрачного фотокатода с активным слоем из арсенида галлия, фоточувствительного в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне, и может быть использовано при изготовлении фоточувствительного элемента оптоэлектронных устройств: электронно-оптических преобразователей фотоумножителей, используемых в детекторах излучений. Гетероструктура для полупрозрачного фотокатода содерит подложку GaAs, далее первый слой AlGaAs, активный слой GaAs р-типа проводимости, второй слой из AlGaAs р-типа проводимости, при этом первый слой AlGaAs является стопорным состава AlxGa1-xAs р-типа проводимости с концентрацией Р1 акцепторной примеси, активный слой GaAs имеет концентрацию Р2 акцепторной примеси, второй слой AlGaAs является буферным состава AlyGa1-yAs с концентрацией Р3 акцепторной примеси, между активным и буферным слоями имеется переходный слой р-типа проводимости переменного состава от GaAs до AlyGa1-yAs, причем изменение содержания алюминия, начиная от границы с активным слоем до границы с буферным слоем, является монотонно возрастающей и непрерывной функцией F1 от толщины переходного слоя, а концентрация акцепторной примеси является монотонно убывающей непрерывной функцией F3 от толщины переходного слоя, начиная от концентрации Р2 у границы с активным слоем до концентрации Р3 у границы с буферным слоем. Изобретение позволяет увеличить квантовую эффективность и интегральную чувствительность фотокатода. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных катодов для ионно-плазменного синтеза многокомпонентных наноструктурных нитридных покрытий. Шихта для композиционного катода содержит, мас.%: порошок силицида титана Ti5Si3 13.0-63.0, титан остальное, при этом она содержит кремний в пределах 6-25 ат.%, а исходные порошки в шихте имеют дисперсность 50-160 мкм. Способ изготовления композиционного катода из шихты заключается в том, что готовят порошковую шихту, прессуют из нее заготовку катода и проводят спекание в вакууме, при этом готовят шихту в указанном соотношении, прессуют из шихты заготовку катода до достижения остаточной пористости от 20 до 25%, нагрев заготовки катода до температуры спекания осуществляют в вакуумной печи со скоростью 2-3 град/мин, а спекание проводят при температуре 1100-1250°C и изотермической выдержке 2-4 часа. Получают катод с минимальной плотностью при более высоком содержании в нем кремния. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.

Фотокатод // 2569917
Использование конструкции согласно изобретению - это фотокатодные узлы вакуумных высокочувствительных, термо- и радиационно-стойких приемников излучений и приемников изображений для спектрального диапазона 0,19-1,0 мкм. Предложен фотокатод из высокочистого полупроводника, при этом регистрирующий оптическое излучение слой полупроводника расположен на прозрачной для оптического излучения подложке, его толщина (d) связана с коэффициентом поглощения излучения (α) соотношением d≈(2-5)·α-1, омический контакт выполнен по периферии слоя, а на лицевой поверхности высокочистого полупроводника расположен диэлектрический слой нанометровой толщины и приемный электрод, отделенный от диэлектрического слоя вакуумным промежутком и выполненный в виде пленок из проводящего полупрозрачного для оптического излучения материала и люминофора, последовательно нанесенных на прозрачную для света подложку. Изобретение обеспечивает существенное расширение спектрального диапазона чувствительности фотокатодов при высокой однородности их пространственных характеристик и значительное упрощение технологии изготовления по сравнению с мембранными и острийными конструкциями. 2 ил.

Изобретение относится к области получения углеродных наноструктур, а именно слоев углеродных нанотрубок на металлических подложках, применяемых в качестве холодных катодов (автоэлектронных источников эмиссии). Технический результат - создание простого в изготовлении холодного катода без снижения его эксплуатационных характеристик. Холодный катод содержит слой углеродных нанотрубок и металлическую подложку, которая выполнена пористой, а между металлической подложкой и слоем углеродных нанотрубок содержится слой углеродной сажи. Использование сажи улучшает механический контакт нанотрубок с металлической поверхностью подложки. 3 ил.

Изобретение относится к фотокатодным узлам вакуумных высокочувствительных, термо- и радиационно-стойких приемников излучений и приемников изображений для спектрального диапазона 0,19-0,45 мкм. Технический результат - расширение спектральной области чувствительности к электромагнитному излучению. Фотокатодный узел состоит из оптического окна для входного излучения и фотокатода, который выполнен в виде сплошной либо сетчатой мембранной конструкций на основе поликристаллической алмазной пленки, слаболегированной акцепторами, или сплошной поликристаллической алмазной пленки, слаболегированной акцепторами с нано- и микроструктурированной поверхностью, и многощелочного фотокатода, содержащего цезий и сурьму, расположенного на тыльной стороне входного оптического окна в виде пленки наноразмерной толщины в 10-30 нм на расстоянии 0,1-1,0 мм от приемной поверхности алмазного фотокатода. 1 ил.

Изобретение относится к структурам для автоэмиттеров. Изобретение обеспечивает значительное увеличение рабочих токов автокатода, повышение стойкости устройств к деградации и увеличение их рабочего ресурса. В гетеропереходной структуре на поверхности n-слоя со стороны n-p гетерограницы сформирован массив из наноструктурированных объектов, p-слой выполнен в виде алмазной пленки, толщина которой не превышает диффузионную длину электронов, а концентрация акцепторов в нем находится в диапазоне 1020-1024 м-3. В случае частного решения p-слой выполнен в виде совокупности мезаструктур. Гетероструктура и ее частное решение могут быть использованы при конструировании схем и устройств силовой СВЧ-электроники. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электронной техники. Вакуумный диод для получения сильноточных электронных пучков большого сечения для возбуждения мощных газовых лазеров, решения задач радиационной технологии, плазмохимии, защиты окружающей среды. Для получения пучка применены взрывоэмиссионные катоды, предусмотрена многосторонняя инжекция электронного пучка через фольговые окна в газовую камеру, являющуюся анодом. Для уменьшения магнитного поля в диоде использованы обратные токопроводы, соединяющие между собой стенки вакуумной и газовой камер, в виде стержней небольшого диаметра, размещенных в отверстиях в катододержателях. Технический результат - уменьшение размеров вакуумного диода и числа токовводов, необходимых для подачи напряжения к катодам. 1 ил.

Наверх