Металлопористый катод прямого накала

Металлопористый катод прямого накала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

МЕТАЛЛОПОРИСТЫЙ КАТОД ПРЯМОГО НАКАЛА, вьшолненный в виде спирали с токоподводами на концах, отличающийся , тем, что, с целью повышения равномерности распределения температуры по длине спирали и увеличения долговечности катода в условиях воздейст-вия виброударных нагрузок, витки спирали выполнены с сечением, возрастающим от середины спирали к ее концам в соответствии с соотношением Kje, HOН , где HP - радиальный размер сечения витка плоскостью, перпендикулярной к оси спирали, на расстоянии В (мм) от середины спирали, MMJ Н радиальный размер сечения витка плоскостью, перпендикулярной к оси спирали, в середине спирали, мм. численный коэффициент, К величина которого заключе (Л на в пределах 510-%К 2,5-10, MMVA; с i - суммарная плотность токов накала и эмиссии. А/мм.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) SU (1И

А зш Н 01 3 1/15

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Н =Н,+К18, где Н е

Н о

< (21) 3571925/18-21 (22) 01.04.83 (46) 07. 07.84, Бюл. У 25 (72) B.Ä.×èãðèíåö, В.Е.Каменцев, В,В.Бобрецов,А.П.Коржавыйи С.И.Файфер (71) Калужский филиал МВТУ им.

Н.Э.Баумана (53) 621.385.032.213 (088.8) (56) 1. Патент Великобритании

Ф 1011398, 1964.

2. Патент США 9 3514661, кл. 313-346, 1970 (прототип) . (54) (57) METAJIJIOIIOPHCTbIA КАТОД ПРЯМОГО НАКАЛА, выполненный в виде спирали с токоподводами на концах, о т л и— ч а ющи и с я. -тем, что, с целью повышения равномерности распределения температуры по длине спирали и увеличения долговечности катода в условиях воздейсчвия виброударных нагруз ок, витки спирали выполнены с сечением, возрастающим от середины спирали к ее концам в соответст. вии с соотношением радиальный размер сечения витка плоскостью, перпендикулярной к оси спирали, на расстоянии 8 (мм) от середины спирали, мм, радиальный размер сечения витка плоскостью, перпендикулярной к оси спирали, в середине спирали, мм. ! численный козффициент, величина которого заключена в пределах

5 ° 10 ЪК е 2,5.10, мм /А; суммарная плотность токов накала и эмиссии, А/мм.

1101924

Н вЂ” радиальный размер сечения е витка плоскостью, перпендикулярной к оси спирали, на расстоянии 3 (мм) от середины спирали, мм;

Н вЂ” радиальный размер сечения витка плоскостью, перпендикулярнои к оси cHHparlHp в середине спирали, мм;

К вЂ” численный коэффициент, величина которого заключена в пределах

5 10 5i K с 2, 5 ° 10, MM 2/A;

) — суммарная плотность тока накала и эмиссии, А/мм.

2 где

55

Изобретение относится к конструкциям катодов прямого накала и может быть использовано при производстве электровакуумных и газоразрядных приборов различного назначения. 5

Известен металлопористый катод прямого накала, выполненный в виде тонкостенного цилиндра с прорезями по образующей (1) .

Известен также металлопористый 10 катод прямого накала, выполненный в виде спирали с токоподводами на концах. Спираль в этом катоде имеет циЛиндрическую форму с постоянным сечением витков по длине спирали (2). .15

Недостатком этих катодов является то, что при их работе, например в сильноточных газоразрядных приборах, наблюдается дополнительный на— грев крайних витков разрядным то- 20 ком, приводящий к увеличению скорости испарения активного вещества и неоднородности токоотбора с поверхности катода. Кроме того, катод в виде спирали с постоянным сечением 25 и закрепленными концами обладает низкими резонансными частотами, что снижает его устойчивость к механическим нагрузкам., Цель изобретения — повышение рав- З0 номерности распределения температуры по длине спирали катода и увеличение его долговечности в условиях воздействия виброударных нагрузок.

Указанная цель достигается тем, что в металлопористом катоде прямого накала, выполненном в виде спирали с токоподводами на концах, витки спирали выполнены с сечением, нозрастающим от середины спирали к ее кон- цам в соответствии с соотношением

Н,=Н,+К

На фиг. 1 представлен предложенный катод, поперечный разрез, на фиг. 2 — зависимость температуры различных участков катодов известной цилиндрической и *редлагаемой конструкции от величины разрядного тока при постоянном токе накала.

Предложенный катод содержит эмиттирующий элемент, представляющий собой металлопористую пропитанную спираль 1 из тугоплавкого металла с токоподводами 2 на концах.

Витки спирали выполнены "с сечением, возрастающим от середины спирали к ее концам в соответствии с указанным соотношением.

Для обеспечения постоянной температуры по длине спирали плотность тока в любом ее сечении должна быть постоянной, т.е. витки спирали нужно выполнить с поперечным сечениI ем, возрастающим от середины к краям спирали пропорционально сумме тока накала и тока эмиссии, проходящего через данное сечение. Исходя из этих предпосылок, формулу площади Ge поперечного сечения витка, находящегося на расстоянии 6 от середины спирали и работающего при плотности токоотбора 1 можно записать

s,= s, -;кjk, (<) где 5„- площадь поперечного сечения витка в середине катода.

K — коэффициечт пропорциональности.

Поскольку н условиях газового разряда в приборе равномерность токоотбора обеспечивается формой катода, то остается самым существенным то, каким образом произведено увеличение площади поперечного сечения по краям. Для известкой спирали с прямоугольным сечением площадь поперечного сечения витка может быть увеличена либо за счет величины сечения по радиусу, либо за счет величины сечения по образующей. Конструктивно приемлемым является только путь увеличения сечения по радиусу, так как при этом сохраняются размеры межвитковых щелей, обеспечивающих необходимое проникновение ионов рабочего газа в полость катода и компенсацию объем. 110192

4 4 формулу (1) преобразуем в зависимость от размера сечения по радиусу ного отрицательного заряда электронов в этой полости. В противном же случае будет нарушено условие однородного токоотбора с эмиттирующей поверхности катода . Для равномер ного токоотбора с- поверхности эмиттирую— щего элемента необходимо, чтобы плазма омывала" всю поверхность с одинаковой плотностью тока. Исходя из этого, на практике размеры по в 1p перечного сечения тела спирального катода и щели между втиками выбирают примерно равными. И с технологической точки зрения предпочтение следует отдать пути наращивания площади 15 сечения по радиусу, поскольку все универсальное металлорежущее оборудование при нарезании резьб сохраняет постоянным размер шага резьСы. Изготовление из металлопористой заго- gp товки катода спирали, обладающей переменным шагом, представляет собой черезвычайно сложную задачу. Поэтому как с физической, так и с технологической точек зрения целесообразен путь выполнения спирального элемента с увеличением величины сечения по радиусу. Учитывая изложенное, где

S) n(Z

Сечение

So (c ер едина катода) Суммарный ток и Ip

I +—

2 и

I+ 2—

Тр

Н и

I +—

Н и

Примечание. S S S и т.д. — сечения соответствующих витков спирали, I H- ток накала; I — ; и — число витков спирали. подводы коэффициент К должен быть уменьшен и определен теоретически для .каждой конкретной конструкции, а за45 тем уточнен экспериментально. Нижний предел коэффициента пропорциональности определен экспериментально и равен

-1 Я

5 10 мм /А для различных типоразмеров катодов. Дальнейшее уменьшение

50 коэффициента для различных типоразмеров катода не оказывает положительного эффекта на достижение поставлен-ной цели. Поэтому величина численного коэффициента К должна быть заключена

55 в пределах 5 10 - К 2,5 10 (мм /А) .

Предложенный катод испытывался в газоразрядном приборе с аргоновым наполнением при начальном давлении

Зная плотность тока, при которой тело катода нагрето до рабочей температуры (jH = ТH/So) можно определить площадь сечений $1, $,..., S<1< а по ней определить и значение Н . По полученной зависимости

Н е от 6 строят профиль наружной поверхности цилиндрической заготов.— ки, из которой вырезают спираль с переменным радиальным сечением витков по длине спирали от ее середины к концам.

Расчеты показывают, что без учета теплоотвода через токоподводы коэффициент К равен 2,5 10 мм2/A. В реальных условиях при существовании теплоотвода от спирали через токоНе = H + К1 (2)

Н вЂ” радиальный размер сечения е витка плоскостью, перпендикулярной к оси спирали, на расстоянии (мм) от середины спирали, мм;

Но — радиальный размер сечения витка плоскостью, перпендикулярной к оси спирали, в середине спирали, мм.

К вЂ” численный коэффициент, мм /А; суммарная плотность токов накала и эмиссии, А/мм.

Коэффициент пропорциональности К определен исходя из парам тров катода

КП-25А по ТУ НеО 730.009, как наиболее апробированном из мощных катодов. При этом считают, что для контрольных сечений, расположенных по краям витков, отсчитанных от середины, ток распределен следующим образом

1101924 0,5 торр и напряжением накала

4 В. Результаты испытаний представлены на фиг. 2, там же приведены данные для катода с постоянным по длине сечением, Из фиг. 2 видно, что у катода с постоянным сечением изменение температуры (L T „ > „ более чем в 2 раза,превышает аналогичную величину для катода с переменным по длине спирали сечением (h, Тз„е „,„) . Кривая A (фиг. 2) характеризует средний виток спирали с постоянным сечением витков, а кривая 5 — крайний виток этой спирали. Кривая С характеризует средний виток спирали с возрастающим сечением витков от середины к краям, а кривая D — крайний виток этой спирали.

Для серии катодов с размерами, близкими к размерам катода КП-25А, равномерное распределение температуры обеспечивается при коэффицйенте К 1 5 ° 10 мм /А. Для расчета профиля сечения витков исходят из йлотности накального тока, при которой на данном катоде достигнута рабомая температура. Для пористого вольфрама, пропитанного алюмосиликатом бария-кальция в количестве

7=.10 вес.Ж рабочая температура

%50-1150 С источника электронов достигается при плотностях тока лакала 15-17,5 А/мм. Пользуясь формулой

2 (2), определяют размер сечения по радиусу НЕ на различных удалениях

0 от середины спирали (фиг. 1) .

Эксперименты показывают, что ис5 пользование предложенного катода прямого накала с увеличенной к концам площадью сечения витков спирали в ионных лазерах позволяет компенсировать дополнительный разогрев и не допускает перекал крайних витков катода разрядным током, поскольку плотность суммарного тока (тока накала и тока разряда) для любого сечения источника практически остается постоянной. В результате обеспечивается однородное распределение температуры по длине катода при значениях разрядных токов, превышающих ток накала, что положительно влияет на долговечность, а также на стабильность привязки прикатодной части разряда. Увеличение площади поперечного сечения витков спирали катода к ее концам повышает устойчивость катода к механическим нагрузкам и существенно облегчает операцию приварки токоподводов к спирали за счет повышения жесткости крайних витков.

Таким образом, предложенный катод

30 позволяет повысить равномерность распределения температуры по длине катода и увеличить его долговечность в условиях воздействия вибро-. ударных нагрузок.

1101924

Ф3

Ц.

В 7100

1N0

10 5 ZO N И И 4О И

Ток разряда, A чив.2

Составитель А. Захаров

Редактор Е,Лушникова Техред С. Легеза Корректор Л. Шеньо

Заказ 4775/38 Тираж 683 Подпис ное

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