Импульсный источник электронов

Реферат

 

Изобретение относится к сильноточной электронике и может найти применение в областях техники, связанных с использованием электронных пучков. Цель изобретения расширение функциональных возможностей импульсного источника электронов за счет увеличения диапазона регулировки тока пучка. Источник содержит конденсатор 1 с емкостью C1 первичного контура трансформатора Тесла (ТТ), коммутатор 2, плазменный катод (ПК) и анод 11. Цель достигается тем, что в источник введены прерыватель 3 тока и разрядник 6. При этом обмотки 4 и 5 ТТ выполнены дисковыми и расположены осесимметрично по отношению друг к другу. ПК выполнен в виде полосковой спиральной линии, один из электродов которой является обмотка 5, отделенная от электрода 7 диэлектрическим заполнением 8. В описании изобретения приведены математические выражения для определения собственной частоты с помощью которых добиваются соответствия параметров первичной и вторичной обмоток ТТ. 1 ил.

Изобретение относится к сильноточной электронике и может найти применение в ускорительной технике, технике СВЧ, промышленной технологии, связанной с использованием электронных пучков. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей источника за счет увеличения диапазона регулировки тока пучка. На чертеже приведена схема импульсного источника электронов. Импульсный источник электронов содержит конденсатор 1 с емкостью С1первичного контура трансформатора Тесла, коммутатор 2, прерыватель 3 тока. Обмотка 4 и 5 трансформатора Тесла выполнены дисковыми и расположены осесимметрично по отношению друг к другу. Это необходимо для создания потокосцепления контуров трансформатора. Обмотки 4 и 5 трансформатора подсоединены к разряднику 6. Плазменный катод выполнен в виде спиральной полосковой линии, одним из электродов которой является обмотка 5, а второй электрод 7 отделен от первого диэлектрическим заполнением 8. Конденсатор между полосковыми электродами представлен собой конденсатор с емкостью С2 вторичного контура трансформатора Тесла. Плазменный диод содержит вакуумную камеру 9, высоковольтный проходной изолятор 10 и анод 11. Давление остаточного газа в вакуумной камере 9 составляет 105 Торр. Источник работает следующим образом. Сначала заряжается конденсатор 1 первичного контура трансформатора Тесла до некоторого напряжения Uо. Затем срабатывает коммутатор 2, конденсатор 1 начинает разряжаться на первичную обмотку 4 трансформатора, и в этой цепи развивается колебательный процесс. Во вторичной цепи а конденсаторе, образованном спиральной линией из электродов 5, 7, формируется напряжение U2: U2= Usin sin (1) где Uо напряжение, до которого зарядился конденсатор 1; о собственная круговая частота каж- дого контура (o= 1/ 1/ К коэффициент индуктивной связи контуров K M, где М взаимная индуктивность контура). L1, L2 индуктивности контуров трансформатора Тесла. Используя следующие обозначения: в= (2) св= (3) где Б частота биений; св частота свободных колебаний; уравнение (1) приводят к виду U2= U sinБtsinовt (4) Для зажигания разряда на катодном узле необходимо выполнить следующее условие: U2 Uпор, (5) где Uпор пороговое напряжение зажигания разряда. В зависимости от типа разряда и геометрических параметров катодного узла величина Uпор имеет различные значения. Кроме того, верхний предел на U2 накладывает величина сквозного пробоя диэлектрического заполнения 8. Из выражений (1), (3) и (4) видно, что в зависимости от коэффициента индуктивной связи контуров К напряжение U2 является функцией времени t. При стремлении К к единице U2 достигает своего максимального значения на первом полупериоде биений при высокой частоте свободных колебаний. В зависимости от времени и от параметров вторичной цепи трансформатора изменяется концентрация электронов в плазме разряда на катодном узле. Ускоряющее напряжение, которое вытягивает электронный пучок из катодной плазмы, появляется при разрыве цепи первичного контура с помощью прерывателя 3 тока. Поэтому необходимо подбирать отношение времени формирования катодной плазмы и момента времени прерывания тока. Изменение тока напряжения U1 в цепи первичного контура описывается уравнениями i1= [1sin1t+IIsinIIt] (6) U1= [cosIt+cost] cosсвcosБt (7) Ток i1 достигает своего максимального значения при U1 0 на первой полуволне свободных колебаний. Решение уравнений (6 и 7) показывает, что U1 обращается в нуль при t1: t1= (8) где n 1, 2, В силу вышесказанного принимают n1. Если принять К 0,153, величина i1 и второй максимум тока, но к этому времени цепь первичного контура разорвется (на первом максимуме срабатывает прерыватель тока), следовательно, t1 T1/C) 0 < T1< (9) В этом случае можно подобрать соответствие параметров первичной и вторичной обмоток трансформатора Тесла. С целью оптимизации источника по критериям формирования катодной плазмы до достижения максимального значения тока разряда в первичной цепи трансформатора Тесла формулу (9) преобразуют относительно собственной круговой частоты контуров трансформатора Тесла. В итоге получают: o (10) Из формулы (10) следует ограничение на выбор о, а следовательно, на L1, C1, L2, C2, K.

Формула изобретения

ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ, содержащий генератор импульсного напряжения с трансформатором Тесла, включающим первичный и вторичный контуры, состоящие из конденсаторов и обмоток, и электронную пушку, содержащую анод и плазменный катод, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения диапазона регулировки тока пучка, в него введены прерыватель тока, включенный в первичный контур, и разрядник, при этом обмотки контуров трансформатора Тесла выполнены дисковыми, размещены осесимметрично одна относительно другой и подключены к выводам разрядника, плазменный катод выполнен в виде полосковой спиральной линии с диэлектрическим заполнением, емкость которой является конденсатором вторичного контура трансформатора Тесла, а один из полосковых электродов его вторичной обмоткой, при этом собственная частота [c-1] контуров трансформатора Тесла определяется из условия где T1 длительность первой полуволны колебаний в первичном контуре трансформатора Тесла, с; K коэффициент взаимной индуктивной связи контуров трансформатора Тесла.

РИСУНКИ

Рисунок 1