Электронная газоразрядная пушка

 

Союз Советскмк

Социалнстическни

Республик (ii>799() 46 (61) Дополнительное к авт, саид-ву (22) Заявлено 280678 (21) 2635493/18-25 с присоединением заявки ¹ (53)м. к .з

H 01 J 3/02

Государственный коннтет

СССР по делам изобретеннй н открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 2301„81. Бюллетень № 3

Дата опубликования описания 230181 (5Ç) УДК 621, 387 ° . 424 (088. 8) (72) Авторы изобретения.С.В.Сергеев, В.В.Голуб и И.М.Набоко

Институт высоких температур AH СССР (71) Заявитель (5 4 ) ЭЛЕ KTPOHHAH ГАЗ ОР АЗ Р Я ДН AH ПУШКА Изобретение относится к устройствам для электронно-лучевой диагностики в газодинамике и физике плазмы и может быть использовано в ускоритель- ной технике для технологических целей и для измерения плотности в нестациожарных потоках газа.

Известна эЛектронная пушка, используемая в устройстве для диагностики газов и содержащая термокатод (1) . ,Эта пушка имеет следующие недостатки:, малый срок работы катода, необходимость высокой степени откачки, высока I стоимость, выход из строя в случае аварийного повышения давления. роме того, для ее. работы необходим пециальный высоковольтный источник.

Наиболее близкой к предлагаемой .является электронная гаэораэрядная пушка, содержащая холодный катод и соосный ему анод с отверстием для вывода пучка, образующие разрядный промежуток, систему подачи рабочего

rasa в разрядный промежуток и фокусирующее устройство (2).

Однако эта пушка не обеспечивает высокой разрешающей способности при диагностике газов из-за значительной расходимости и диаметра пучка на выходе из нее.

ЗО

Цель изобретения — повышение разрешающей способности при диагностике газов за счет уменьшения расходимости и диаметра электронного пучка.

Эта цель достигается тем, что катод выполнен со вставкой из материала с большим, чем у материала катода,коэффициентом ионно-электронной эмиссии, расположенной по оси катода и выходящей на его рабочую поверхность,укаэанная поверхность катода выполнена плоской, а анод — с .полостью со стороны разрядного промежутка, сообщающейся с отверстием для вывода пучка.

Повышение разрешающей способности достигается также эа счет того, что упомянутая полость выполнена цилиндрической и соосной отверстию для вывода пучка, чричем отношение диаметра полости к диаметру катода составляет 0,3-0,5, а отношение диаметра полости к высоте разрядного диаметра полости диаметра к высоте разрядного промежутка составляет 0,8-1,2.

На чертеже представлена конструктивная схема устройства.

Устройство содержит медный катод

1 с алюминиевой вставкой 2, изолятор

3, анод 4 со стаканом 5 и отверстием

6 для вывода электронов„ непосредст799046 венно примыкающее к аноду фокусирующее устройство, состоящее из верхнего фланца 7, фокусирующей катушки 8 с каналом 9 для подачи газа и нижнего фланца 10 с откачиваемой полостью ll

Пучок электронов фокусируется в за;зоре между полюсными наконечниками

12.

Работает пушка следующим образом.

Электрон, вылетевший из катода 1 очень быстро набирает скорость и уже в разрядном промежутке практически имеет предельную энергию. При этом в силу малости разрядного промежутка (2-8 мм) и небольшой величины сечения ионизации в рабочем интервале давления (0,1-0,2 торр) и напряжений 15 (10-20 кВ) ионизация в прикатодной области незначительна.

Преобладающая часть положительных ионов, необходимых для поддержания разряда, возникает в полости 5 для фор- Щ) мирования пучка, поэтому уменьшение диаметра полости менее 0,3 диаметров катода или менее 0,8 высоты разрядного промежутка приводит к уменьшению тока пучка. Обладая незначительными 2 скоростями, ионы начинают двигаться по .силовым линиям поля, которое провисает в полость анода. Наличие радиальной составляющей ноля приводит к стягиванию ионов к оси канала, поэтому ионнсй бомбардировке подвергается ЗО .только центральная часть катода. Это приводит к существованию самостоятельного разряда только в приосевой зоне.

При увеличении диаметра полости 5 выше 0,5 диаметра катода (или выше

1,2 высоты разрядного промежутка)расширяется приосевая зона,где зквипотенциальные поверхности практически параллельны поверхности катода, а, следовательно, становится большей ® приосевая область,где может зажигаться самостоятельный разряд. Поэтому с увеличением диаметра канала растет диаметр электронного пучка, что приводит к уменьшению разрешающей спо- 4$ собности. Дальнейшее уменьшение диаметра разряда достигается тем, что центральная часть медного катода снабжена вставкой из алюминия, коэффициент ионно-электронной эмиссйи я} которого при используемых ускоряющих напряжениях в пять раэ выше., чем у меди. Таким образом, эмиссия электронов под действием бомбардирующих катод ионов осуществляется преимущест- венно с поверхности алюминия. Задавая достаточно малый диаметр алюминиевой вставки, 1-2 мм) можно получить диаметр разряда около 1-2 мм. Применение составного катода также позволяет избавиться от разрядов при пробое,так 60 как условия для пробоя на периферии разрядного промежутка резко ухудшаются. Окончательная фокусировка электронного пучка осуществляется короткофокусной магнитной линзой, которая 45 . конструктивно совмещена с системой прокачки газа, призванной поддерживать давление в разрядном устройстве вне зависимости от давления в исследуемом пространстве.

Система прокачки позволяет провоЬить исследование газовых струй в широком диапазоне давлений в исследуеЪ

-3 мом пространстве (10 -10 мм рт.ст.) .

Магнитная линза обеспечивает высокую разрешающую способность (1-2 мм на расстоянии до 50 см) . Конструктивно совмещение системы прокачки с магнит,ной линзой уменьшает габариты пушкй.

Предлагаемая электронная газоразрядная пушка обладает преимуществами электронных пушек на тлеющем разряде и пушек с термокатодом и позволяет получать практически параллельный пучок, обеспечивая высокую разрешающую способность (1-2 мм) °

Как показывают испытания, предлагаемая схема гарантирует продолжительную эксплуатацию и надежность в работе (пушка может работать без смены катода в течение года)„ .требует только форвакуумную откачку разрядного промежутка. КПД данной электронной пушки достигает 70%, что значительно выше, чем у известной

Таким образом, реализация предлагаемого решения позволяет значительно повысить не только разрешающую способность, но и остальные. технические характеристики пушки.

Формула изобретения

l Электронная газоразрядная пушка, содержащая..холодный катод и соосный ему анод с отверстием для вывода пучка, образующие разрядный промежуток, систему подачи рабочего газа в разрядный промежуток и фокусирующее устройство, о т л и ч а ющ а я .с,я тем, жто, с целью повышения раэрЕшающей способности пушки при диагностике газов за счет уменьшения расходимости и диаметра электронного пучка, катод выполнен со вставкой Hs материала с большим, чем у материала катода, коэффициентом ионно-электронной эмиссии, расположенной по оси катода и выходящей на его рабочую поверхность, указанная поверхность катода выполнена плоской, а анод — с по;:остью со стороны разрядного промежутка, сообщающейся с отверстием для вывода пучка.

2.Пушка по п.1, о т л и ч а ю щ ая с я тем,что упомянутая полость выполнена цилиндрической и соосной отверстию для вывода пучка, причем отношение диаметра полости к диаметру катода составляет 0,3-0,5, а отношение диаметра полости к высоте разрядног д ого, промежутка составляет 0,8-1,2.

799046

Составитель В. Ким

Редактор В.Жиленко Техред A.Âàáèíeö Корректор M.Kîñòà

Заказ 10083/78 Тираж 795 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Косинов В.А. и др. Экспериментальная техника электроннолучевых методов диагностики. -Cei. Экспериментальные методы в динамике раэряженных газов, Новосибирск, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

М 177553, кл. Н 01 J 37/06, 1963 (прототий).