Способ получения электронной эмиссии

Способ получения электронной эмиссии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Соцмалистнческнх

Республик (it>824336 ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кл.з (22) Заявлено 2201.79 (21) 2747889/18-25 с присоединением заявки ¹

Н 01 J 1/30

H 01 J 9/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 23.0481, Бюллетень ¹ (53) УДН 621 385 03 .215 (088.8) Дата опубликования описания 23.0 181 (72) Авторы изобретения

Л.М. Баскин, Д.А. Борисов, A.A. Буров, В.М. Жуков, Г.Н. Фурсей и А.И. Южин (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ

ЭМИССИИ

Изобретение относится к элект- роннои технике, в частности к способам получения электронной эмиссии с поверхности катодов.

Известны способы получения электронной эмиссии с поверхности катодов, заключающиеся в создании у катода постоянного электрического поля (1)..

Недостатком известного способа является то, что плотность отбирае= мого с катода электронного тока ограничена сверху некоторым предельным значением, зависящим от вещества катода.

Известен также способ получения электронной эмиссии с поверхности холодных катодов (жидкостных или твердотелых) в которых для увеличения плотности отбираемого с катода тока и уменьшения его длительности у катода создается импульсное электрическое поле, причем длительность импульса составляет 1 нсPJ.

Такой способ довольно легко осу- . ществим, однако дальнейшее повы-! шение плотности отбираемого с катода импульсного тока и уменьшение его длительности невозможно, поскольку известным способом не удается создать у поверхности катода импульс" ное электрическое поле достаточной напряженности и длительностью менее — 0 5 нг.

Цель изобретения — уменьшение

I длительности импульсов тока автоэлектронной эмиссии и повышение плотности тока с поверхности катода.

Поставленная цель достигается тем, что в процессЕ воздействия на катод электрическим полем по касательной к эмиттирующей поверхности, на катод направляют поток электромагнитного излучения, причем величина напряженности электрического. поля и мощность излучения выбираются таким образом, чтобы электрическое поле совместно с электрической составляющей излучения превышало 3. 10 В/см, длитеЛьность излучения составляет

20 менее 10 с, а частотный диапазон выбирают от ультрафиолетового до инфракрасного.

На чертеже схематически представлено устройство, реализующее предлагаемый способ.

У катода 1 при помощи, например источника постоянного напряжения илй генератора импульсных напряжений — 2, создается электрическое поЗО ле, напряженность которого недоста824336 точна для того, чтобы возбудить про-. цесс автоэлектронной эмиссии с поверхности катода; В процессе воздей стния на катод 1 электрическим полем по касательной к эммитирующей поверхности катода воздействуют дополнительно потоком 3 электромагнит5 ного излучения, частотный диапазон которого выбирают от ультрафиолетового до инфракрасногo с последующим регулированием диапазона, названного потока излучения в функции тока эмиссии. Дополнительный поток электромагнитного излучения получается от блока 4, н качестве которого может, например, служить оптический квантовый генератор (ОКГ). Напря- 15 женность электрического поля потока 3 электромагнитного излучения и напряженность электрического поля, создаваемого у поверхности катода 1 источником 2, подбираются таким обра- gg зом, чтобы суммарная напряженность электрического поля у катода 1 à достаточной для возбуждения заметной автоелектронйой эмиссии, т.е. составляла не менее 3 10 В/см. Тогда в направлении 5 с катода испускаются.автоэлектроны.

Для получения автоэлектронной эмиссии только в поле дополнительного излучения, например, в поле световой волны ОКГ, необходима напряженмость электрического поля в световой волне E„„„„ 3 10 В/см. Для лазерного импульса с энергией И дли, тельностью 1, сфокусированного на площадь S (диаметр поперечного сечения потока излучения), справедливо выражение

16ЛХ

Sct

40 где с — скорость света в вакууме.

Если длина волны лазерного излучения Л,.то предельный (минимальный) диаметр d фокусировки составляет 1,22 А . Ограничинаясь диаметром а. = 2 Л, получаем для минимальной мощности лазерного импульса N ,следующее выражение .

Для Л= 1 мкм N « =0,75.10 Дж/с=750 Вт.

Для Х = 10мкм И „„„.„=0 75 10 Вт.

Необходимо также, чтобы ток термоэмиссии был меньше автоэмиссионного тока, Считая что ток термоэмиссии мал при изменении температуры катода на ьТ м 10 К, можно опредеЬ лить. предельно допустимую .энергию импульса ° Глубина проникновения 60 температурного фронта в катод ни М

-це ae — коэффициент теплопроводности вецества катода;

С-.теплоемкость катода при постоянной температуре.

Прогренаемый объем катода Ч

".Б д=5 (. Необходимое для этого количество тепла Q = С ьТ Ч, где

S — плотность материала. Йсходя из условия, что Q = kH, где К вЂ” коэффициент отражения, получаем

Xt =рGC =Q30 т В С br

Отсюда можно найти энергию импульса дополнительного электромагнитного излучения W

W= и а также необходимую длительность импульса (6Jfc ьт ъГ с Е - Я(С

Из последнего выражения получаем длительность импульса t = 10 10 "с, которая не занисит от S и 1., а также определяем И

l4 = 7,5 10 в 7,5 10 эДж (А.= 1 мкм)

N = 7 5 10 7 5 10 Дж (А=10 мкм)

Лазеры с такими параметрами импульсов излучения уже применяются н науке и технике. iàêèì образом, проведенные расчеты показывают, что даже если электрическое поле, создаваемое источником 2 у катода стремится к нулю, за счет поля дополнительного излучения возможно получение антоэлектронного тока. Если же, поле создаваемое источником 2, больше нуля, то условия для возбуждения процесса автоэлектроннои эмиссии с катода облегчаются. В зависимости от тока эмиссии можно регулировать диапазон дополнительно го потока излучения.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Источник чапряжения создает на поверхности катода электрическое поле, постоянное или импульсное, определенной величины.

Эт этого источника запускается оптический квантовый генератор. Момент запуска выбирается таким образом, чтобы лазер генерировал дополнительное излучение в момент достижения максимума электрического поля на катоде.

Поскольку плотность тока автоэлектронной эмиссии, отбираемого с поверхности катода, увеличивается с уменьшением длительности нрикладываемого к катоду максимального электрического поля, которое не приводит к его разрушению, в настоящее время

824336

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 2137/78 Тираж 784 Подпнсное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, Ул.Проектная,4.уществуьт лазеры, дающие потоки излучения длительностью 10 с.

Один из конструктивных вариантов устройства для реализации предлагаемого способа получения электронной эмиссии предусматривает выполнение катода в виде вольфрамового острия с радиусом закругления вершины

° 0,1 мкм. Катод закреплен на вольфрамовой дужке, диаметр вольфрамовой проволоки, из которой изготовлена дужка, составляет 0„1 мм. Радиус дуж- (О ки примерно 0,5 см. Дужка в.свою очередь закреплена на молибденовых вводах, диаметр которых 0,8 мм и расстояние между ними 1 см. Напротив катода закреплен анод, выполненный 15 из никелевой пластины толщиной 0,1 мм.

Катод и анод, расстояние между которыми 2 см, закреплены в вакуумированном стеклянном сосуде с плоскопараллельными окнами. Вакуум в - Щ сосуде ) 0 Тор. От блока формирования электрического поля осуществляется прогрев катода переменным током. (до 2 A в течение нескольких секунд) для его очистки от адсорбированных . р5 примесей. Блок вырабатывает также высоковольтные импульсы напряжения наносекундной длительности и положительной полярности, которые подаются «а анод. Конструкции этого блока могут быть самыми различными.

От блока подаются синхронизирующие импульсы на оптический квантовый генератор, в качестве, которого использован промышленный лазер ИТ-181 длина волны излучения которого A,-l„0b мм, а длительность импульса.

10 ос, с обострителем-разрядником с лазерным поджигом и ячейкой Керра.

Назер установлен таким образом, чтобы направление его излучЕнИя было 40 перпендикулярно поверхности плоскопараллельных окон и направлено по касательной к вершине катода.

Предлагаемый способ позволяет, создавать очень короткие импульсы 45 тока автоэлектронной эмиссии высо-. кои плотности со стабильными параметрами.

Такие электронные пучки в настоящее время требуются для решения научно-технических задач, имеющих болысое народнохозяйственное зная .ни, Например, при их помощи можно получать очень короткие импульсы рентгеновского излучения, что позволяет осуществить с высоким разрешением рентгенографию быстропротекающих процессов проводить дефектоскопию различных иэделий и т.д. Короткие сильноточные электронные пучки требуются также для возбуждения

СВЧ вЂ” резонаторов, что позволит.; создать на их основе мощные источники радиоизлучения, необходимые, на например, для дальнейшей космической связи. Такие пучки можно использовать также в различных технологических операциях, например, для обработки различных материалов и т.п.

Способ получения электронной эмиссии с поверхности холодных катодов путем создания у катодов импульсного электрического поля, о т л и чающий с я тем, что, с целью уменьшения длительности импульсов автоэлектронного тока и повышения плотности. тока с катодов, в процессе воздействия на катод электрическим полем по касательной к эммитирующей поверхности, на катод направляют поток электромагнитного излучения, причем величина напряженности электрического поля и мощность излучения выбираются таким сбразом, чтобы электрическое поле совместно с электрической составляющей излучения превышало 3- 10 В/см, длительность излучения составляет менее 10 0ñ а

1 частотный диапазон выбирают от ультрафиолетового до инфракрасного.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Елинсон M.È. и Васильев Г.Ф.

АвтоэлЕктронная эмиссия. М., Госу; дарственное издательство физико-математической литературы, 1958, с.63.

2. Фурсей Г.Н., Жуков В.М. Экспериментальное исследование вакуума взрывной эмиссии. Журнал технической физики, т.46, 1976, с. 310 (прототип).