Источник электронов

 

ОЛИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскмк

Социалистических республик

<» 730184

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.09.78 (21) 2668593/18-25 (5t)M. Кл.

Н 01 J 29/48 с присоединением заявки Ж

Гасударственный комитет

СССР (23 ) П риоритет по делам изобретений н открытий

Опубликовано 07.01.81. Бюллетень J% 1

Дата опубликования описания 10.01.81 (53) УДК 621.385. .832(088.8) (72) Авторы изобретения

С. П. Бугаев и В. И. Кошелев

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения AH СССР (7l) Заявитель (54) ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ

Изобретение относится к технике получения импульсных электронных пучков в магнитном поле и может быть использовано цля коллективного ускорения частиц, генерации СВЧ излучения, транспортировки энергии, запасаемой в пучке, на расстоянии, нагрева плазмы.

Известны источники электронов, основными злементами которых являются источник напряжения, взрывной катоц, ук— репленный на катоцоцержателе, и анод, установленные соосно и выполненные в вице усеченного конуса или цилинцра, вакуумная труба црейфа, коллектор пучка и соленоид с источником питания цля

1S получения магнитного поля, направленного вцоль оси источника (lj.

Важной проблемой при созцании таких электронных источников является увеличение цлительности импульса тока пучка.

Наиболее близким к прецлагаемому является источник электронов, в котором электронный пучок формируется из плазмы, образованной иа цилинцрическом ка2 тоде в процессе взрывной эмиссии электронов (2j. Конструктивно источник выполнен слецующим образом. Разряцный вакуумный промежуток образован сплошным цилинцрическим катоцом рациусом

3 - 5,2 см, длиной 3 см и трубой к црейфа, являющейся и анодом, радиусом гс, 5,6 см. Катоц закрепляют Hà Karogoдержателе, представляющем усеченный конус с первоначальным рациусом, равным рациусу катода, перехоцящем в закрепленный на изоляторе цилинцр, рациус которого больше рациуса катода. Магнитное поле  — 6 — 30 кГс в источнике созцают импульсным соленоидом с катушкой коррекции, установленными соосно с трубой дрейфа. Все силовые линии магнитного поля, проходящие межцу катоцом и аноцом, с оцной стороны входят в графитовый коллектор пучка, установленный в конце трубы црейфа. а с цругой стороны пересекаются с образующими конической поверхностью катоцоцержателя и выходят на боковую стенку вакуумной каме3 7301 8 ры. Последнее сделано цля того, чтобы исключить потери за счет обратного тока. В случае невыполнения этого условия формируется электронный поток, ускоренный в направлении, обратном пучку (обратный ток), и переносяций ток, сравнимый с током пуска, что резко снижает

КПД источника. Кроме того напряженность электрического поля на катоцоцержателе в области пересечения с силовыми линиями магнитного поля меньше критического поля возбуждения взрывной эмиссии электронов. В противном случае на катоцоцержателе образуется плазма, эмиттнрующая электроны, которые ускоря- 1 ются по силовым линиям магнитного поля, попадают на анод, образуя на ней плазму, которая приводит к преждевременному пробою разрядного промежутка.

Так как в реальных источниках указанная що область на катоцоцержателе находится на значительном расстоянии от катода, то для вывода в эту область силовых линий магнитного поля в дополнение к соленоицу и используется катушка коррекции. Для gg того, чтобы катоцодержатель был проницаем цля магнитного поля, он выполняется полым из немагнитного материала с толщиной стенки, много меньшей толщины окон-слоя. Вакуумная камера с изолятором соединяется с трубой дрейфа коническим переходом. Все металлические части источника выполнены из немагнитцрй нержавеющей стали. Вакуум, (10 мм. рт. ст.) в источнике создается двумя паромасляными насосами через специальные отверстия в боковой стенке вакуумной камеры. Проведенные исслецования показали, что длительность импульсов тока пучка определяется временем ц распространения катоцной плазмы цо аноца. Измерения скорости катоцной плазмы на катоце радиусом „- 3,0 см и величины отношения 8!+ k при расстоянин катод-анод cL - 4 + 11 мм {+к - 45 время высоковольтной стадии вакуумного разряда, в течение которого формируется электронный пучок) в магнитном поле 1П Гс дают величину (4-7) 10 см/с, 5 которая возрастает с уменьшением расстояния катод-анод.

Однако известные источники электро-, нов имеют ограниченную длительность импульса тока пучка.

5$

11ель изобретения - увеличение длитель-. ности импульса тока пучка.

Это достигается тем, что в источнике электронов, содержащем установленные

4 4 соосно катоцоцержатель, трубу црейфа, являющуюся и анодом, соленоид с катушкой коррекции и систему импульсного электрического питания, катод выполнен мно гоэмиттерным.

Применение многоэмиттерного катоца в предлагаемом источнике позволяет увеличить цлительность импульса тока пучка в 2-3 раза по сравнению с источником электронов, содержащим сплошной катод. Увеличение цлительности импульса тока пучка обусловлено тем, что в многоэмиттерном катоце плазма, образующаяся на отдельных эмиссионных центрах (эмиттерах), свободно дрейфует перпенцикулярно скрещенным электрическому и магнитному полям, что приводит к значительному уменьшению скорости распрост/ ранения катоцной плазмы в направлении к аноцу. Максимальная длительность импульса тока пуска в источнике с многоэмиттерным катодом достигается в roM случае, если за время распространения плазмы каждого эмиттера цо анода она не достигает плазмы сосецних эмиттеров.

Для получения разнесенных по катоцу эмиттерных центров необхоцимо создать локальные области с повышенной напря- . женностью электрического поля, цостаточной цля возбуждения взрывной эмиссии электронов. Увеличить локально напряженность электрического поля можно с помощью внецрения циэлектрика в металл, использования острий и так цалее.

Исследование формирования электронного пучка провоцят в источнике с катодом, выполненным в виде металлической пластины с остриями, закрепленными основаниями равномерно по периметру пластины, оси острий лежат в плоскости пластины, вершины острий удалены на равные расстояния от анода, Измефения величины д l < многоострийного катода при расстоянии между вершинами сосецних острий 3 мм показывают, что начиная с о. 1 см величина д/4 > цля многоострийного катоца меньше, чем цля сплошного катода. Последующее увеличение о привоцит к дальнейшему уменьшению

ol Ю к по сравнению со сплошным катодом и при 8 106 величина д/Йк для многоострийного катоца цостигает, минимальной величины, равной Й / к для одиночного острия, которая в 2-3 раза меньше чем цля сплошного катоца.

С целью получения оцнороцного трубчатого электронного пучка, катоц выполнен из набора, насаженных на общую ось, 5 7301 круглых пластин одного циаметра с равным количеством закрепленных на них острий, причем пластины уцалены одна от другой на разные расстояния и кажцая послецующая пластина повернута относительно прецыцущей таким образом, чтобы проекции вершин острий на плоскость, параллельную плоскости любой из пластин, не совпадали одна с другой и были равномерно распределены по окруж- 10 ности. Максимальное число пластин в ка» тоце определяют отношением расстояния между вершинами острий к диаметру острия N> с - — . Максимальное расстоР

D яние межцу пластинами определяют из 15 условия, чтобы плазма острий двух соседних пластин не соецинялась в течение вРемени Ф К

xv<, к гце Чи — скорость катодной плазмы вдоль магнитного поля. Минимальное рас- щ стояние равно циаметру острий (толщина пластины много меньше диаметра острия).

Используя многоострийные катоды можно получать электронные пучки различной конфигурации, например, ленточной. Йля 25 получения ленточного пучка острия устанавливают на прямоугольнык пластинах, смещенных оцна относительно другой по длине и высоте для получения .однородного пучка требуемык поперечных размеров. ЗО

При этом используется соответствующей формы анод и канал црейфа.

На фиг. 1 приведена общая схема пред1 лагаемого источника электронов, на фиг.

2 - расположение острий на металлической пластине.

На проходном изоляторе 1 укреплен ,катоцоцержатель 2, к которому закрепляется многоострийный катод 3. Катод выполнен в виде набора разнесенных вцоль оси источника круглых металлических пластин 4 одного диаметра с закрепленными на ник остриями 5. Труба 6 дрейфа является и анодом. Ускоренный электронный пучок попадает на коллектор 7. 4

Магнитное поле в источнике создается импульсным соленоидом с катушкой 8 коррекции, установленными соосно с тру- бой доейфа, вакуум - парамасляными насосами через специальные отверстия 9 в боковой стенке цилинцрической вакуумной камеры 10. Вакуумная камера соединяется с трубой дрейфа коническим перехоцом 11. Силовые линии 12 магнитного поля, проходящие между катодом и анодом, пересекаются с образующими поверхностями катоцоцержателя в области 13, гце напряженность электрического поля меньше критического поля возбуждения

84 6 взрывной эмиссии, и выходят на боковую стенку вакуумной камеры.

Устройство работает следующим образом.

Система управления выдает сигнал на запуск источника питания соленоида с катушкой 8 коррекции и при цостижении максимума магнитного поля — на запуск генераторов импульса напряжения, соециненного непосрецственно или через обостряющий разряцник с катоцодержателем 2, на конце которого укреплен катоц 3. В вакуумном разрядном промежутке на вершинах острий 5 образуется плазма, которая и эмиттирует электронный пучок во время высоковольтной стадии вакуумного разряда.

Используя катод, выполненный из трех мецных пластин диаметром 6 см с закрепленными на кажцой из них равномерно 12гью мецными остриями, с расстояниями между пластинами в 2 см ы сме,щенными одно относительно другого по азимуту на угол 20, в магнитном поле о

18 кГс при расстоянии межцу вершинами острий и аноцом 6 — 3,5 мм ,(),„- 5,6 см) получают трубчатый элект:ронный пучок длительностью 1 мкс. Автограф пучка, полученный на органической пленке, показывает, что все острия дают вклад в общий ток пучка, при этом на автографе можно различить отпечатки пучков, соответствующих кажцому острию.

Lhs повышения однородности трубчатого пучка необходимо использовать большое число пластин с остриями.

Формула изобретения

1. Источник электронов, содержащий установленные соосно катододержатель, катоц, работающий в режиме взрывной эмиссии, вакуумную трубу црейфа, являющуюся и анодом, соленоид с катушкой коррекции цля получения магнитного поля, все силовые линии которого, прокодя« щие между катодом и анодом, пересекаются с образующими поверхностями катоцодержателя в области, где напряженность электрического поля меньше критического поля возбужцения взрывной эмиссии электронов, и систему импульсного электрического питания, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения цлительности импульса тока пучка, катод выполнен многоэмиттерным, например, в виде металлической пласти7 730184 цы с остриями, закрепленными основани- совпадали одна с ли одна с другой и были равномерями равномерно по. периметру пластины

1 но распределены по окружности. оси острий лежат в плоскости пластины !

И сточники информации, вершины острий удалены на равные рас- принятые стояния от анода. ятые во внимание при экспертизе

1. врубовой Л. В., Ройфе И. М., Сере2. Источник по п. 1 о т л и ч а ю — денко Е В. С Е, текольников Е. В. шийся тем что с ель ц ю получения О возможности создания сильноточных микросекунцного диапазона. однородного трубчатого пучка, катоц вы- ускорителей мик осек полнен из набора, насаженных на общую Обзор ОТ-5 Л. НИИЭФА, 1 974, с. 10. ось, круглых пластин оцного диаметра с >g 2. Беломытцев С. Я., Бучаев С. П., равным количеством закрепленных на Ким А A.К Н. олченов Н. Г., Котов Ю. А., них острий, причем пластины удалены Кошелев В. И. С К. ухушин . Н. и Тимоодна от другой на равные расстояния феев М Н. Г и каждая после ю а в .. енератор сильноточных микрдующая пластина повернута секундных электронных пучков. Сб. Тев . о относительно предыцущей так, чтобы про- >g зисы докладов Ш Всесоюзного симпозиекции вершин ост ий на пл лельн пл с р оскость, парал- ума по сильноточной импульс у нои электую плоскости любой из пластин, не ронике". Томск, 1978, с. 84.

ВНИИПИ Заказ 10711/75

Тираж 795 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул. Проектная, 4,