Взрывоэмиссионный катод

Взрывоэмиссионный катод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение .относится к области сильноточной электроники, конкретно к катодам электрофизических устйновок, работающих в импульсном режиме. Цель изобретения - повышейие предельной частоты срабатывания катода для получения серии электронных пучков за короткое время. Катод содержит криогенное устройство 1, внутри которого установлена проводящая герметичная камера 2, заполненная водой 3. Торец катода закрыт пористой крышкой 4 из проводящего материала, на которой наморожен слой льда 5. При замерзании воды в камере часть ее выдавливается, на поверхность крыпки и замерзает. При подаче импульса напряжения на катод происходит образование взрывоэмиссионной плазмы, скорость разлета Которой в 5 раз меньше, чем у плазмы, не содержащей молекул . В результате применения предлагаемого катода получают по меньшей мере пять последовательных электронных пучков примерно равной амплитуды. 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО!.1ИА ЛИСТИЧЕСНИХ

PECl1YBflHH (1% 0!) (51)5 Н 01 д 1/30 I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

AO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ ! 1РИ ГННТ СССР

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 30. 08. 92. Бюл. !и 32 (21) 4254550/21 (22) 01.06.87 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С.М.Кирова и Институт электрофизики уральского отделения AH СССР (72) С.А.Печенкин, В.И.Сметанин и В,Г.Толмачева (53) 621,3.032.212 (088 8) (56) Котляревский Г.И., Пак В,С., Сметанин В.M. и др.,Z-импульсный режим работы сильно точного диода. Тру ды Первой Всесоюзной конференции "Им- пульсные источники энергии для физии ческих и термоядерных исследований

Юрмала, !983, с. 192.

Авторское свидетельство СССР !!i 694002, кл. Н 0! J 1/30, 1977. (54) ВЗРЫВОЗМИССИОННЫЙ КАТОД (57) Изобретение относится к области сильноточной электроники, конкретно

Изобретение относится к сильноточной электронике, конкретно к катодам электрофизических установок, работаю-. щих в импульсном режиме.

Целью изобретения является увеличение частоты срабатывания катода для получения серии электронных пучков

sa короткий срок.

Сущность изобретения состоит в том, что применение в качестве раб6чего тола под, в флэе глубоко охлажденного и ьд з, и амороженн ого на пок катодам электрофизических установок, работающих в импульсном режиме.

Цель изобретения — повьппейне предельной частоты срабатывания катода для получения серии электронных пучков sa короткое время. Катод содержит криогенное устройство 1, внутри которого установлена проводящая герметичная камера 2, заполненная водой 3. Торец катода закрыт пористой крьппкой 4 из проводящего материала, на которой наморожен слой льда 5. При замерзании води в камере часть ее выдавливается на поверхность крыпки и замерзает.

При подаче импульса напряжения на ка.тод происходит образование взрывозмиссионной плазмы, скорость разлета

Которой в 5 раз меньше, чем у плазмы, не содерианей молекул поды. В результате применение прадлагаемосо катода С получают по меньшей мере пять последовательных электронных пучков при- 2 мерно равной амплитуды. 1 ил. верхность пористой крышки камеры катода, обеспечивает получение импуль са электронов в результате взрывной эмиссии. На катод поступает импульс

3 . отрицательной полярности, под дейСтВИЕМ КОтОрОГО ПрОИСХОднт ВзрИВОобразное испарение льда и ионизация образовавшегося водяного пара, т.е. образуется плазма с Те-5 кэВ, из которой вытягиваются и ускоряются олектpoHbl После окончания импульса ll lllp>l аенмя теинература взрывоэмисопопвой.!468293 плазмь1, B состав которой входят нейтральные молекулы воды,, быстро за

i время и мкс уменьшается до Т ч.

0,2 зВ, т,е. н 25 раэ. Уменьшение температуры происходит за время диссипации энергии электронов плазмы на колебательных уровнях мопекул поды.

Известно, что скорость (V

I0 см/c) разлета плазмы пропорцио-10 нальна корню квадратному из ее темпе: ратуры„ Таким образом, уменьшение . температуры в 25 раз вызывает уменьшение скорости разлета плазмы в 5 раэ, 6 т.е. до Ч = 0,2 ° I C см/".. Следовательно„к моменту прихода второго им. пульса разлетающаяся с меньшей скоростью плазма заполняет только часть анодно-катодного зазора. Под действи" ем второго импульса электроны вытяги" 20 ваются уже из границы этой плазмы, Процесс {т.е. фактически серию им|

I пульсов) можно повторять до тех пор, ! пока анодно-катодный зазор полностью не окажется закороченным разлетающей-25 ся с катода нзрывозмиссиоиной плазмой. После этого необходима длительная 300 мкс пауза, в течение которой плазма рекомбинирует„ а зазор восстанавливает сной первоначальный имп енда нс.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Он содержит криогенное устройство

1, внутри которого установлена про водящая,герметичная камера 2, эапол- 35 ненная водой 3, торец катода закрыт крьппкой 4, выполненной иэ пористого проводящего материала„ слой льда 5, наморожеиный на крьппке.

Устройство работает следукщим об- 40 разом.

Криогенное устройство I включается. и вода 3 находящаяся в герметичной камере 2, замерзает, а поскольку при переходе воды из жидкого состоя" 45 ния и твердое происходит увеличение объема, то часть воды в ниде слоя льда 5 оказывается намороженной на поверхности пористой крышки 4. Объем льда, намороженного на поверхности э . 50 катода и необходимого для 10 срабатываниР без развакуумнрования определяют по формуле

1 7.

Ч ы

Р Р

55 где 10

-1О кф — коэффициент уноаа массы вещества катода при взрывной змисси .; р — удельная плотность воды. !

Ъ S -3

V =- ---- 10Г см

1 f)

Чтобы получить такой объем необходим минимальный первоначальный объем

V = -----, где о 1,00013 — коэффициент объемного расширения воды при Т = О О, Ч 10 /I 3 10" л 10 см

Для удобства работы и требуемой площади катода S 106 см берут высоту цилиндра Н = 5 см, тогда рабочий объем воды равен Ч = 530 см

Крышка камеры толщиной 1 мм выполнена из пористой нержавеющей стали ее диаметр равен диаметру катода.

11аксимальньп1 размер пор обусловлен удобством сборки катода (вода не должна вытекать через поры, т.е. силы поверхностного натяжения должны уравновесить вес столбика воды в объеме над одной порой . Имея цилиндрические поры, определяем максималь23 ный радиус одной r -- -, где J п рп коэффициент поверхностного натяжения равен = 0,073 н/м; p — пЛотность воды; à — нысота столба воды в герметичном объеме катодного цилиндра.

Подставив численные значения, получаем г„= 300 мкм.

Минимальное количество пор в крышке катода определяют иэ условия равномерного покрытия ее поверхности слоем льда, т.е. V (М- 1) Ч„„+

+ Ч,, где Ч вЂ” первоначальный объем воды, Ч„". г Ьп — объем льда, ос/ Я тавшийся н порах, V - объем льда, который наморожен на поверхность крышки

Чп 4- IÓ - V„ п г h

Воэможность получения серии электронных пучков иллюстрируют следующим расчетом, считая, что катод работает с наносекундным высоковольтным генератором с сопротивлением Е„240 Ом в диоде с зазором 2-2,5 см, длительность импульса 50 нс.

Ток первого электронного пучка равен

U I l0

I, - — — "- — — — -- 44 кР., R, 24

За время длительности импульса

50 нс плазма разлетается на 0 см т. е. разлетом пренебрегаем. Оцениваем

146

Фо рмул а из о брет ения

17,3 Ом, ф °

Составитель Н.Чубун

Редактор F..Полионова Техред M.Ходанич

Корректор Л, Пилип енко

Тираж Подписное

Заказ 3476

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно †издательск комбинат "Патент", r.ÓIãîpîä, ул. Гагарнка,101 разлет 1, за время паузы, приняв ско »t» +Vi рость разлета V = --- ---- -= О 4»

»»10 см/с, 1, = 04.1C ) 0 04 см, как в аксиальном так и в радиальном направлениях. Эффективный зазор к приходу второго импульса равен -d

d d — 1 25 — 4 = 21 мм ° ради2. 1 Ф ус вновь образованной поверхности равен: r, г„ + 1, = 60 + 4 64 мм.

Вычисляем импенданс диода к моменту прихода второго импульса:

136 IO

- — — — — — (d /г,) л, где U — напряжение к моменту прихода

7второго импульса, обусловленное изменением импеданса диода кч

U U

R»3 где Р и 1» — импеданс и напряжение

»ц при первом импульсе, 136 10 d тогда »"2 () @ г»

8293 в т.е. рассогласование Р /R, 0,72;

10 072 7210 В

5 I == - -41 7кА.

7 2!О

17,3

Таким образом использование вэрывоэмиссионного катода предложенной конструкции позволяет в 5 pas увеличить время перекрытия типового диодного зазора плазмой и таким образом увеличить частоту срабатывания катода, т.е. пол:чить серию иэ пяти примерйь равных по току электронных пучков.

Взрывоэмиссионный катод, содержащий камеру с рабочим телом, закрытую пористой крышкой, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения частоты срабатывания, камера с

25 рабочим телом помещена в криогенный охладитепь, а в качестве рабочего тела выбрана вода.