Многоострийный холодный катод

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14,06,78 (21) 262824 9/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 30.098 О. Бюллетень № 35

Дата опубликования описания 30,098 0 (51)М. Кп.

Н 01 J 1УЗО

Государственный комитет

СССР по делам . изобретений и открытий (53) УАК 621„385. . 032 . 212 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Д.М. Паутов, В. А. Ткаченко, В. С. Нешпор и Э.И. Подольская

ВПТУ

ФИД Щ,„,.- р щ, (71) Заявитель (54) МНОГООСТРИЙНЫЙ ХОЛОДНЫЙ КАТОД

Изобретение относится к катодам

:электровакуумных устройств, а конкретно — к сильноточным катодам, работающим в режиме взрывной эмиссии.

Такие катоды могут использоваться в импульсных рентгеновских трубках, ускорителях электронов и других устройствах, находжцих широкое примене- .ние в различных областях народного хо1р зяйства. . Известны катоды, работанв ие во взрывном режиме, выполненные в виде набора острий из металлов или сплавов Ь) .

Наиболее близким к изобретению . по совокупности общих существенных признаков является холодный катод, выполненный из плетеной графитовой ткани, состоящей из большого числа нитей, разделенных на две взаимопе- . ресекающихся совокупности параллель. ных нитей, причем каждая иэ них,в свою очередь, состоит из множества волокон диаметром 7-10 мкм, являющих-25 ся эмиттерами электронов p) . Такой катод обладает повышенной, по сравнению с металлическими катодами, теплостойкостью и прочностью на разрыв.

Кроме того, он обладает более высокой плотностью элементов, одновременно участвующих в эмиссии в момент приложейия к нему импульса высокого напр яже ни я.

Однако область применения описанного выше известного источника электронов ограничена иэ-за недостаточно высокой плотности электронного тока, обусловленной линейным расположением нитей в ткани и тем обстоятельством, что в эмиссии участвует лишь одна из совокупностей нитей. В ряде случаев требуется постоянство сечения пучка электронов на поверхности анода (например, в источниках рентгеновского излучения) при изменяющемся высоКоМ напряжении. При использовании катода данного типа зто сделать невозможно из-эа различного углового расхОждения волокон под действием электростатических сил, которое зависит от величины приложенного напряжения.

Кроме того, конструкция катодного узла требует .весьма сложного способа крепления ткани для обеспечения надежного омического контакта с держателем и фиксации нитей, не участвующих в эмиссии.

767858

Предлагаемая конструкция многоострий ного холодного к атода позволяет отбирать с одного квадратного миллиметра поверхности токи до 3-5 кА благода эя большой плотности (около

5 ° 10 1/мм ) упаковки углеродных волокон в двумерной матрице.

Эмиссионные характеристики данного мультикатода отличаются высокой стабильностью амплитуды тока от импульса к импульсу s течение длительного периода времени. Это определяется как физико-химическими свойствами углеродных волокон; такими как химическая инертность к большинству элементов, отсутствие-точки плавления (углерод сублимирует при температуре 3600 С), высокая электро- и теплопроводность, так и технологией изготовления мультикатода. Благодаря высокой идентичности геометрии волокон, электронный пучок обладает равномерным распределением интенсивности по его сечению.

Жесткое фиксирование волокон пироуглеродом не допускает раздвигания . их выступающих частей, и угловое расхождение электронного пучка становится практически независимым от величины приложенного напряжения, что в ряде случаев приводит к существенному улучшению параметров электровакуумных приборов с эмиттером данного типа.

Пироуглерод не имеет точки плавления, в результате чего при работе происходит испарение материала без образования расплава, который препятствовал бы эмиссии.

Изготовление предложенного катода отличается высокой технологичностью.

Заготовка для него может быть выполнеНа обычными механическими способами: выпиливанием, нарезкой, токарной обработкой и т.д. Эмиттирующую матричную поверхность катода получают путем электрохимического травления в растворе щелочи в полирующем режиме.

При этом происходит сглаживание микрошероховатостей и дефектов -волокон (острий), которые являются инициаторами их разрушения при действии электростатических сил. Таким образом, еще более повышаются прочностные .характеристики волокон, что в конечном итоге повышает стабильность эмиссионного тока высокой плотности.

Крепленке катода к держателю может осуществляться любым способом, обеспе чивающим надежный .омический контакт, например, с помощью резьбового соединения.

Целью изобретения является увели" "чение плотности электронного тока.

Поставленная цель достигается тем, что многоострийный холодный катод выполнен в виде двумерной матрицы острий, образованной множеством слоев плетеной ткани, пропитанных жаропрочным связующим веществом, например, пироуглеродом, при этом все нити ткани ориентированы под острым углом к направлению эмиСсии электронов.

Рабочая. поверхность каждого из множества волокон, образующих нить, представляет собой отполированное острие, служащее эмиттером электронов.

Йа фиг. 1 показана плетеная ткань, используемая для изготовления като- 35 да, на фиг. 2 изображена заготовка для многоострийного холодного катода, на фиг. 3 представлен один из возможных вариантов конструкции катодного узла с многоострийным хрлодным Щ катодом.

Кусочек 1 ткани, показанный на фиг. 1, сплетен из двух вэаимопересекакв ихся совокупностей нитей 2, выполненных, например, на основе 25

" ДФлербдного полиакрилонитрильного волокна (ПАН-волокна), причем каждая нить содержит множество (до нескольких сотен) волокон 3 диаметром 710 мкм каждое.

ЗО

Заготовка 4 для многоострийного холодного катода, изображенная на фиг. 2, представляет собой трехмерный монолитный материал, образованный множеством слоев ткани, пропитанных пироуглеродом.

Катодный узел, представленный на фиг. 3, содержит многоо трийный холодный катод 5, который вырезан из заготовки 4 таким образом, что нити обеих совокупностей 2 как в обьеме, Щ так и на поверхности, образуют угол

45о с осью 6 катода 5. Катод 5 эавалъцован в токопроводящую оправу 7.

Основание 8 оправы 7 укреплено в держателе катодного узла (на фиг. 3 не показан) с помощью винта 9. Рабочая (эмиттирующая) поверхность катода 5 представляет собой двумерную матрицу острий 10, выполненную в виде отполированных концов IIAH - волокон 3, выступающих из монолитного материала катода 5 на 70-100 мкм.

Работа предложенного многоострийного холодного катода основана на явлении взрывной эмиссии. Импульс высокого напряжения (источник напряжения на чертежах не показан) создает вблизи эмиттирующей поверхности катода 5 сильное электростатическое поле, под действием которогд происходит взрыв концов выступающих частей ф{) волокон 3 (острий 10)> что приводит к появлению мощного импульса элект-

:ронного тока, причем электроны излу.чаются эмиссионными центрами (остриями 10) всей матрицы. 63

ПредлагаеМая конструкция многоострийного холодного катода может быть эффективно использована в таких областях науки и техники, в которых известные ранее конструкции катодов использовались молоэффективно, например, данная KoHcTpóêöèè катода может служить источником релятивистских

7678 58

Формула изобретения

Фие. Я

Риг.1

Составитель Г.Жукова

Техред H. Граб Корректор С.Шекмар

Редактор H. Коляда

Заказ 7213/49 Тираж 844 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дейам изобретений н открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 1 электронов, при этом, принципиально может быть достигнута энергия пучка электронов 10 - 10 эрг, необходимая для получения управляемой термоядерной реакции. Кроме того, такой катод может служить генератором накачки в мощных лаэерах.

Высокая интенсивность пучка электронов, обусловленная предлагаемой конструкцией катода, позволяет также проводить дефектоскопию массивных и толстостенных объектов.

1. Многоострнйный холодный катод, выполненный иэ плетеной ткани, например иэ графита, содержащей нити, состоящие иэ множества волокон, о тл и ч а ю шийся тем, что,с целью повышения плотности эмиссионного тока, катод выполнен в виде двумерной матрицы, образованной слоями плетеной ткани, пропитанной жаропрочным связующим веществом, причем все нити ткани ориентированы под острым углом к направлению эмис сии электронов.

2. Катод по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве связующего вещества использован ниро1О углерод.

3. Катод по пп.1 н 2, о т л ич а ю щ и и с.я тем, что рабочая поверхность волокон отполирована.

Источники информации, 15 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

342241, кл. Н 01 Э .1/30, 1969.

2. Патент СССР 9 433698, кл.

Н 01 Г 35/04, 1972 (прототип ).