Способ формирования эмиттирующей поверхности

Способ формирования эмиттирующей поверхности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

((() 429479

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Совз Советских

Социаиистицеских

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 20.12.71 (21) 1725754/26-25 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 25.05.74. Бюллетень № 19

Дата опубликования описания 25.10.74 (51) М. Кл. Н Olj 9/02

Н Olj 1/30

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР оо делам нзаоретений н открытий (53) УДК 621.385.032..212 (088.8) в -т (72) Авторы изобретения

И. Д. Вентова, Г. Н. Фурсей и А. И. Южин (71) Заявитель (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЭМИТТИРУЮЩЕЙ

ПОВЕРХНОСТИ

dr

dt с

7 уЗ

d/ где

15

Изобретение относится к способу формирования эмиттирующей поверхности автоэмиссионных катодов, используемых в таких электронных приборах и устройствах, где требуется эффективный импульсный источник электронов, характеризующийся как большими значениями полных токов, так и высокими рабочими напряжениями (порядка нескольких сот киловольт и выше), например для линейных ускорителей, импульсных рентгеновских трубок, разрядников, лазеров и т. д.

Для повышения уровня полного тока с поверхности автоэмиссионного катода наряду с увеличением рабочего напряжения, а следовательно, с возрастанием энергии электронов в пучке стремятся получить радиус закругления эмиттирующей поверхности автоэмиссионного катода порядка нескольких микрон.

Известен способ формирования устойчивой эмиттирующей поверхности относительно большого радиуса (несколько тысяч ангстрем), основанный на нагреве эмиттера до высоких температур Т, при которых происходит активация процесса поверхностной миграции атомов вещества по собственной решетке (температура Т должна лежать в интервале значений /, Т„„

Однако для такого способа формирования эмиттирующей поверхности большого радиуса характерно то, что верхний предел последнего, например, для вольфрама, не превышает

5 величин 0,7 — 0,8 мкм. Это обусловлено падением скорости изменения радиуса во времени (скорости затупления) с увеличением радиуса по закону скорость затупления радиуса вершины автоэмиссионного катода;

r — радиус эмиттирующей поверхности автоэмиссионного катода; с — коэффициент, в который входят величины, экспоненциально зависящие от энергии активации процесса поверхностной миграции и температуры.

Таким образом, согласно экспериментальным данным, полученным в ряде работ, при нагреве эмиттирующей поверхности автоэмис25 сионного катода до температур, при которых происходит активация процесса поверхностной миграции, не удается достичь радиуса закругления выше 0,8 мкм.

Цель изббретения состоит в разработке та30 кого способа формирования эмиттирующей поверхности автоэмиссионного катода, который позволил бы получить радиусы закругления эмиттирующей поверхности более 0,8 мкм, т. е. того предела, который достигается в результате нагрева до высоких температур.

Для этого на поверхности автоэмиссионного катода предварительно создают локальные микронарушения, например микровыступы, и затем подвергают катод высокотемпературнон му нагреву, активизирующему процесс поверхностной миграции атомов.

Предлагаемый способ формирования эмиттирующей поверхности большого радиуса (0,8 мкм) состоит в понижении энергии активации процесса поверхностной миграции атомов по собственной решетке в результате уменьшения энергии связи атомов на предварительно разупорядоченной поверхности автоэмиссионного катода.

В процессе осуществления способа для получения эмиттирующей поверхности автоэмиссионного катода с радиусом более

0,8 мкм может быть использована, например, следующая технология (реализация способа рассмотрена для автоэмиссионных катодов, выполненных на основе вольфрама) . Автоэмиссионный катод нагревают до температуры 1800 — 2000 К в сильном электрическом поле F, напряженность которого выбирают в зависимости от радиуса эмиттирующей поверхности и коэффициента поверхностного натяжения материала катода. Напряженность электрического поля F у рабочей части поверхности катода с радиусом закругления r должна составлять величину, в несколько раз превышающую поле

16 i 1/з где F,— напряженность электрического поля, соответствующая условию равновесия на нагретой поверхности автоэмиссионного катодa;

j — коэффициент поверхностного натяжения.

Например, на вольфрамовом катоде с радиусом r =0,6 мкм, поле F =3. г"„где

F, = 1,5107 в/см. При этих условиях осуществляется процесс критической перестройки вершины автоэмиссионного катода, т. е. эмиттирующей поверхности, приводящей к образованию неупорядоченных нагромождений атомов

429479

4 (микровыступов, микроусов) в течение 20—

30 сек. Таким образом достигают разупорядочивания в расположении атомов на поверхности, а следовательно, уменьшение энергии

5 связи поверхностных атомов друг с другом и с нижележащими атомными слоями. Затем снимают электрическое поле и автоэмиссионный катод подвергают термическому сглаживанию, т. е. кратковременному прогреву при

1о высокой температуре Т. Например, для

Т=2200 К устойчивую, сглаженную форму эмиттирующей поверхности радиусом r =

=1,2 мкм удается получить за t=90—

120 сек.

15 Повторяя этот двухступенчатый цикл формовки и раз (в данном случае п=4) и учитывая изменение в r после цикла для удовлетворения условия F))FÄ удалось достичь следующего соотношения конечного радиуса

20 г„к г/=0,8 мкм — предельному значению радиуса закругления эмиттирующей поверхности, получаемой при высокотемпературном

r„ нагреве ":. 2.

1 /

Предмет изобретения

1. Способ формирования эмиттирующей по30 верхности автоэмиссионных катодов электровакуумных приборов путем термического прогрева катода в вакууме, отличающийся тем, что, с целью увеличения радиуса закругления эмиттирующей поверхности, на ней

З5 предварительно создают локальные микронарушения, например микровыступы, после чего катод подвергают термическому прогреву и повторяют этот цикл несколько раз до получения предельного радиуса закругления эмит40 тирующей поверхности.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что локальные микронарушения на эмиттирующей поверхности создают путем нагрева катода до температуры, при которой происхо45 дит активация процесса поверхностной миграции атомов по собственной решетке материала катода, и одновременного приложения к катоду электрического поля, напряженность которого превышает напряженность поля, со50 ответствующую условию равновесия на нагретой до указанной температуры поверхности катода.

Составитель Г. Жукова

Редактор T. Фадеева Техред 3. Тараненко Корректор М. Лейзерман

Заказ 2788/16 Изд. М 920 Тираж 760 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2