Способ получения автоэлектронной эмиссии

Способ получения автоэлектронной эмиссии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3372083/18-21 (22 ) 29. 12. 81 (46) 30.08.83. Бюл. Р 32 (72) В. Э. Птицын, Н. В. Егоров и Г. Н. фурсей (71) Ленинградский электротехнический институт связи им. проф.M.А.БончБруевича (53) 621.3.032.212.2(088.8 ) (56) 1. Ненакаливаемые катоды. Сб.

Под ред. Елинсона М. И. M., "Советское радио", 1974, с. 179-186.

2. Бурибаев И., Шишкин Б.Б. Автоэлектронная эмиссия вольфрама в магнитном поле. ФТТ, т. 12, 1970, 11 11, с. 3309-3310 (прототип ). (94)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АВТОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ с поверхности вольфрамового автокатода в автоэмиссионных диодах, откачаннЫх до давления

10 торр и ниже, включающий создание

g у поверхности автокатода электрического поля напряженностью 5, 5 ° 10

Э(д1 Н 01 J 9/02; Н 01 J 1/30

-108 В/см и дополнительно к электрическому полю параллельно оси автокатода — магнитного поля, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения эмиссионной способности автокатода и эффективного управления величиной автоэмиссионного тока в условиях отбора с катода плотности тока 10 А/см 2 и более,.магнитное поле

6 создают величиной индукции йЬ, удовлетворяющей неравенству 0,8 < р

f11 и

«,2 Brnn где 1В 2У 2rnU е расстояние катод-анод, м; и - 1; 2;

U - напряжение, приложенное к дио" ду, В;

m - масса электрона, кГ; е - заряд электрона, кл, причем воздействие электрическим и магнитным полем на автокатод осуществляют одновременно, а температуру автокатода поддерживают в пределах от 77 до 1000 К.

М, 1038

Изобретение относится к электрон ной технике и может быть использовано в качестве метода формирования электронных пучков с ненакаливаемых катодов в импульсных ускорителях электронов, рентгеновских аппаратах, электронных микроскопах,"электроннолучевых приборах и др.

Известен способ получения автоэлектронной эмиссии, согласно кото- 1р .рому необходимо между катодом, имеющим форму острия, и проводящим анодом приложить разность потенциалов, достаточную для создания у поверхно- сти острия - катода электричес- 15 кого поля напряженностью

Е 10 8/см L1).

Согласно укаэанному способу. управление величиной автоэмиссионного тока практически возможно только за счет варьирования разно" сти потенциаловЧ между электродами автоэмисеионного диода. Однако при отборе больших плотностей тока (J ъ 10 А/см ) для катодов с радиусами г ф10 см управление величиной автоэмиссионного тока становится малоэффективным, так как на эмиссионную способность автокатода начинает оказывать заметное влияние пространственный заряд электронов.

Поэтому для решения многих задач сильноточной электроники существенно получить дополнительную к разности потенциалов возможность управления эмиссионной способностью автокатода, Известен способ получения автоэлектронной эмиссии с поверхности вольфрамового автокатода в автоэмис" сионных диодах, откаченных до давления 10 торр и ниже, который включает в себя создание у поверхности автокатода электрического поля напряженностью от 5,5-10 8/ñì до .10 В/см и дополнительно к электрическому полю параллельно от автока" тода - магнитного поля (2)..

8 известном способе показано, что© при отборе с автокатода эмиссионных токов 1 < 16 А, т.е. для сравнительно малых плотностей тока

1 (J 10 А/см ) эмиссионная способ3. 2 ность автокатода во внешнем магнитном поле в. несколько килоэрстед мо" жет незначительно уменьшаться (еди ницы процентов).

Однако в известном способе не изучено влияние магнитного поля на

980 2 эмиссионную способность автокатодов в условиях отбора больших плотностей тока..

Цель изобретения - увеличение эмиссионной способности автокатода и эффективное управление величиной автоэмиссионного тока в условиях отбора с катода плотности тока 10 А/см и более.

Поставленная цель достигается тем, что s способе получения автоэлектронной эмиссии с поверхности вольфрамового автокатода в авто эмиссионных диодах, откаченных до давления 10 торр и ниже, включающем создание у поверхности автокатода электрического поля напряженностью от 5,5 10 8/см-10 В/см и дополнительно к электрическому, полю паралрельно оси автокатода- магнитного поля, создают магнитное поле величиной индукции йВ, удовлетворяющей неРавенству 085 ад с,28

2Х 2mU

Вюлй 3 п — I 7

- раМстоя ие квгод-анод, М; и 1;21

U - напряжение, приложенное к диоду, 8;

m .- масса электрона, кГ: е - заряд электрона, кл; причем воздействие электрическим и магнитным полем на автоквтод осуществляют одновременно, а температуру автокатода регулируют в пределах от 77 до 1000 К, Приведенное выражение для B coIBll ответствует условию фокусировки электронного пучка. Кроме условия фокусировки необходимо, чтобы в автоэмиссионном диоде вакуум был луч.ше 10 9торр, так как в противном случае из-за адсорбции атомов остаточных газов на поверхности автокатода эффект повышения его эмиссионной способности в магнитном поле становится слабо выраженным. Кроме того, необходимо отметить, что эффект возрастания эмиссионной способности при отмеченных выше условиях существенно зависит от температуры эмиттера (770КOТэ<1000 K) °

Таким образом, варьирование величины магнитного поля в указанном

I интервале и температуры эмиттера позволяет направленно изменять (увеличивать) эмиссионную спосооность автокатода при фиксированном значении напряжения U.

980 4

Блок 9 является источником питания соленоида и может создавать как постоянное, так и импульсное напряжение.

В импульсном режиме работы блок 9 синхронизируется от блока 8. Блок 10 служит для регистрации постоянного или импульсного тока.

Способ осущестЬляется следующим образом.

Блок 8 создает у поверхности ка- . тода электрическое поле, постоянное или импульсное, в результате чего из катода эмиттируются автоэлектроны и регистрируются блоком 10.

Величина регистрируемого тока совпадает со значением тока, получаемым из уравнения фаулера-Нордгейма. При необходимости величина отбираемого с автокатода тока может быть увеличена до 10 раз без изменения исходной величины разности потенциалов, установленной блоком 8. Для этого катод охлаждается до необходимой температуры, и у его поверхности с помощью блока 9 создается постоянное или импульсное продольное оси катода магнитное поле нужной величины. Температура катода может регулироваться подогревом дужки, к которой приваривается острие, за счет пропускания чеоез . нее электрического тока от блока 7 °

Регулировкой температуры катода и величины магнитного поля можно уста" новить необходимую величину тока, тем самым регулируя проводимость диода.

Предлагаемый способ позволяет управлять электронной. плотностью в пределах порядка величины при фиксированной начальной энергии электронов в пучке, и является,вопервых, более экономичным, так как требует для своей реализации сравнительно маломощного (единьфы киловатт ) источника напряжения, питающего соленоид, и, во-вторых, управ" ление плотностью:потока электронов существенно проще технически, так как не требует вариации высокого напряжения, приложенного к диоду, в диапазоне от десятков киловольт до мегавольт, а ведется в низковольтных цепях управления током соленоида.

Тираж 703 Подписное

3 1038

Отметим, что указанные значения и 1; 2, а также нижняя граница температуры эмиттера определялись экспериментальными возможностями ис., следований. Значение верхней граниЮ

5 цы температуры эмиттера обусловлено тем, что при более высоких температурах (Тэ 1000 К ) воздействие маго нитного поля на эмиссионную способность вольфрамового автокатода нез- 1ð начительно.

Нижнее значение напряженности поля "(5,5 ° 10 В/см ) определяет необходимый уровень плотности тока,при котором внешнее магнитное поле оказывает влияние на эмиссионную способность автокатода, тогда как верхняя граница (E 10 В/см) определяется тем, что при Е > 10 В/см автоэмиссионная эмиссия переходит во взрывную эмиссию.

На чертеже представлена одна из возможных конструкций, реализующей предлагаемый способ °

Катодный узел 1, в котором крепится автокатод, укрепляют на дьюаровской ножке 2 для заливки жидкого азота или другой криогенной жидкости. Дьюаровскую ножку через керамический изолятор 3 посредством аргонно-дуговой сварки 4 вакуумноплотно соединяют с камерой 5, выполненной из немагнитной нержавеющей стали, например, марки

1 18Н9Т. Затем камеру 5 откачивают до давления остаточнь|х газов не ниwe 10"9торр. В процессе откачки камеру 5 подвергают прогреву при 450 С до прекращения газоотделения со стенок. После окончания процесса откачки и термообработки на камеру оде4О вают соленоид 6 и охлаждают автокатод, заливая жидкий азот или другую криогенную жидкость в дьюаровскую ножку. Блок 7 служит для прокаливания дужки, на которой кре45 пится острие, до высоких температур

Т 2800 К. При прокаливании дужки происходит очистка катода от возможных загрязнений, адсорбировавшихся на поверхности в процессе откачки камеры. Блок 8 является высоковольтным источником постоянного или импульсного прямоугольного напряжения отрицательной поля ности в зави,симости от рода работы автокатода.

ВНИИПИ Заказ 6236/57

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