Источник электронов со взрывным катодом

 

ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ CO ВЗРЫВНЫМ КАТОДОМ, содержащий катод, фокусирующий электрод и находящиеся под потенциёшом земли анод и вакуумную камеру^ отличающийс я тем. Что, с целью увеличения длительности генерируемых электронных пучков, упрощения конструкции источника и схемы питания, фокусирующий электрод выполнен в виде сосуда с отверстием, в которое углублен анод, катод расположен внутри фокусирукмцего электрода, имеет электрический контакт с последним и удален от анода на расстояние, квадрат которого не меньше площади эффективной собирающей электронной поверхности анода.iШС•» ^о^ оК)о4^

„„SU„„602041

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

leÈ Н 01 J -"9/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2401357/18-25 (22) 13.09.76 (46) 23.08.83. Бил. 9 31 (72) Э.Н. Абдуллин, Г.П. Баженов, О.Б. Ладыженский и С.М. Чесноков (71) Институт оптики атмосферы

Сибирского отделения AH СССР (53) 621.384.6(088.8) (56) 1. Бугаев С.П. и др. Импульсный СОв — лазер с энергией 500 Дж.

Письма в ЖТФ, 1975, т. 1, в. 10, с. 492.

2. С.Н. Loda und D.А. Mesven.

Repetively pulsed electon beam generation. Proceedings of the internationâi topical conference on electron

beam research and Сeohnology. Hovember 1975, Albuquergue, Nev Mexico nol II, р. 252. (54) (57) ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ CO

ВЗРЫВНЫМ КАТОДОМ, содержащий катод, фокусирующий электрод и находящиеся под потенциалом земли анод и вакуумную камеру, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения длительности генерируемых электронных пучков, упрощения конструкции источника и схемы питания, фокусирующий электрод выполнен в виде сосуда с отверстием, в которое углублен анод, катод расположен внутри фокусирующего электрода, имеет электрический контакт с последним и удален от анода на расстояние, квадрат которого не меньше площади эффективной собирающей электронной поверхности 3 анода.

602041

Изобретение относится к технике генерирования электронных пучков.

Оно может быть использовано в лазерной ускорительной технике, в плазмохимии и других областях науки и техники, в пищевой промышленности.

Известны источники электронов.со взрывным катодом (1), содержащие катод, анод. Электроны вытягиваются из катодной плазмы, образованной взрывным разрушением микроострий 1О при перегреве их автоэмиссионным током, и ускоряются приложенным напря-. жением до тех пор, пока передний фронт плазмы не достигнет анода.

Один иэ основных недостатков известных источников состоит в том, что длительность генерируемых пучков ограничивается заполнением вакуумного промежутка плотной плазмой, распространяющейся от катода к аноду со скоростью (1 з-3) ° 10 см/с.

Кроме того, эффективность таких источников.невысока (5-10%) . Это -обусловлено тем, что стенки вакуумной камеры в них имеют потенциал анода, в результате на .стенках теряется значительная часть эмиттируемых иэ катодной плазмы электронов.

Известен источник электронов со взрывным катодом (2), содержащий катод, фокусирующий электрод и нахо- 30 дящиеся под потенциалом земли анод и вакуумную камеру. Фокусирующий электрод выполнен в виде двух цилиндров, удаленных друг от друга на расстояние, меньшее размера проме- 35 жутка анод-катод, и изолированных от всех элементов источника. Эти цилиндры расположены между катодом и анодом, а их оси перпендикулярны нормали к плоскости катода. Потенциал 40 на. фокусирующем электроде задается от дополнительной электрической цепи.

В этом источнике при.расстоянии анод-катод 150 мм, расстоянии катод- 45 фокусирующий электрод 70 мм, расстоянии между цилиндрами 80 мм получен пучок со следующими параметрами: плотность тока 30 мА/см, энергия

O. пучка 225 кэВ, длительность 10 мс.

Таким образом, введение фокусирующего электрода позволяет значительно увеличить длительность генерируемого пучка.

Для получения необходимой эффективности и длительности генерируе- 55 мого пучка расстояние между цилиндрами фокусирующего электрода взято довольно малым, что сильно ослабляет напряженность поля у катода, делает ее недостаточной для возбужде- 60 ния взрывной эмиссии лишь подачей напряжения на промежуток :анод-кат од и вызывает необходимость исполь -. ю еэ ования дополнительного поджигающа импульса. Вследствие этого схем а питания источника усложняется введением дополнительной электрической цепи, с помощью которой для возбуждения взрывной эмиссии фокусирующий электрод подцерживается вначале под потенциалом земли, а после образования катодной плазмы принимает по-! тенциал, необходимый для фокусиров- . ки.

Кроме того, для подвода питания фокусирующего электрода от дополнительной цепи в источник введены два проходных изолятора (помимо проходного изолятора в катодном узле), что значительно усложняет конструкцию источника. Существенным недостатком является то, что фокусирующий электрод занимает лишь часть промежутка анодкатод и поэтому не устраняет полностью влияния стенок камеры на токоотбор. Это затрудняет генерирование электронных пучков длительностью

10 мс и более, приводит к потере части электронного тока на стенках камеры (часть его также теряется на сопротивлении, включенном в цепь питания фокусирующего эЛектрода).

Поэтому эффективность описанного источника составляет лишь 50%.

Цель изобретения - увеличение длительности генерирования электронных пучков, упрощение схемы питания и конструкции источника.

Цель достигается тем, что фоку-, сирующий электрод выполнен в виде сосуда с отверстием, в которое углублен анод; катод расположен внут ;ри фокусирующего электрода, имеет

,электрический контакт с последним и удален от анода на расстояние, квадрат которого не меньше площади собирающей электронной поверхности анода, На фиг. 1 показан предложенный источник электронов со взрывным катодом, разрез; на фиг. 2 приведены зависимости d/t„ îò d для разных

S, где d — зазор анод-катод; время коммутации; S — площадь собирающей электронной поверхности анода; на фиг. 3 — (а, б) — осциллограммы электронного тока и напряжения на промежутке..

Источник электронов со взрывным катодом содержит находящиеся под потенциалом земли вакуумную камеру 1 и анод 2, а также фокусирующий элек трод 3 и катод 4.

Фокусирующий электрод предназначен для фокусировки электронного пучка и устранения влияния стенок камеры на токоотбор. Он выполнен в виде цилиндрического сосуда с пло-. щадью поперечного сечения внутренней полости 70000 мм . Сосуд имеет ,отверстие диаметром 260 мм, через

602041 которое на 30 мм вглубь сосуда проходит анод 2. Анод выполнен в виде цилиндрического сосуда с фланцем, которым он прикреплен к камере 1 источника. Со стороны катода 4 анод ограничен титановой фольгой, служа- 5 щей окном 7 для вывода электронов.

Площадь эффективной собирающей электронной поверхности анода равна 6300 мм .

Фокусирующий электрод 3 крепится к секционированному проходному изо.лятору 5, помещенному в алюминиевый стакан 6 высоковольтного ввода. Изолятор имеет отверстие для подачи высокого напряжения в промежуток катод-анод. Катод 4 расположен внутри фокусирующего электрода напротив анода, имеет электричеокий контакт с. электродом и удален от поверхности анода на расстояние d квадрат которого не меньше площади эффективной собирающей электронной поверхности анода (d 14 см).

При подаче на катод 4 напряжения, достаточного для возбуждения взрывной эмиссии, на катоде создается плазма. Электроны вытягиваются с периферийных областей катодной плазмы, ускоряются приложенным напряжением и извлекаются через фольговое окно. Таким образом, с момента по- 30 явления плазмы на катоде начинается. импульс электронного тока, который оканчивается в момент перехода разряда в низковольтную стадию. Это время близко к времени коммутации и оп- 35 ределяется соотношением

K где d - величина зазора анод-катод; 4р

V - скорость распространения

0л плазмы.

На фиг. 2 приведены зависимости

d от d для разных площадей none.tg речного сечения анода S:êðèâàÿ 7 для S=102400 мм, кривая 8 — для

S=300 мм, кривая 9 — для 5=700мм, кривая 10 - для S=280 мм, полученные при наличии и отсутствии фоку- 5() сирующего электрода. Видно, что в случае большой площади анода и отсутствия Фокусирующего электрода. (кривая 7) с увеличением d соотношение - - несколько растет, при 55

d к введении же фокусирующего электрода описанной конфигурации с увеличением 6 до величины дай величина

d к резко падает от = 2 10 до 4.10 см/с

6 5 (кривые 8, 9, 10). Поэтому в предложенном источнике электронов для выбора размера анода используется условие S(d .

При лабораторных исследованиях источника электронов со взрывным катодом был получен пучок со следующими параметрами: тбк пучка 200 А., энергия 200 кэВ, длительность генерируемого пучка 30 мс, причем это время ограйичено не перемыканием промежутка плазмой, а разрядом ГИН. Осциллограммы тока пучка и напряжения на промежутке анод-катод приведены на фиг. 3 (а,б).

В предложенном источнике электронов путем увеличения емкости ГИН и подбора наиболее оптимальных размеров фокусирующего электрода можно еще более увеличить длительность генерируемого пучка.

Использование анода с площадью поперечного сечения, меньшей квадрата зазора анод-катод (Std ), определяет следующие существенные преимущества источника по сравнению с прототипом:

1. Использование одного проходного изолятора вместо трех в прототипе, что упрощает конструкцию источника.

2. Упрощение схем питания за счет исключения электрической цепи питания фокусирующего электрода.

3. Увеличение длительности генерируемого пучка до 30 мс (10 мс в прототипе) при напряжении питания

200 кВ (ток пучка 200 А).

4. Повышение эффективности источника электронов путем исключения потери электронов на стенках камеры.

Применение предложенных источников для накачки газовых лазеров позволяет значительно повысить КПД последних. Применение источника электронов в пищевой промышленности для стерилизации пищевых продуктов.значительно улучшает качество стерилизации. Источники электронных пучков большой длительности могут найти ши-. рокое применение в других областях науки и техники и различных отраслях промышленности.

602041

У

Фиа2

У

CIA

МЮ

Редактор П. Горькова Техред Ж.Кастелевич Корректор A.Ôåðåíö

Заказ 8022/2 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППЦ "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4