Патент 976804

Катод со взрывной эмиссией

 

1. КАТОД СО ВЗРЫВНОЙ ЭМИССИЕЙ для электронных приборов, состоящий из металлической подложки и инициатора взрывной эмиссии, отличающийся тем, что, с целью увеличения токоотбора электронов, между металлической подложкой и инициатором взрывной эмиссии установлена вставка из проводящего материала с коэффициентом газовыделений К 0,01-5 г , а инициатор взрывной эмиссии вьшолнен в виде металлической или диэлектрической мелкоструктурной сетки с коэфффициентом прозрачности от 5 до 90%. 2. Катод по п, 1, о т л и ч аю щ и и с я тем,что в качестве сетки использован ядерный фильтр. 2. Катод по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что вставка выполнена из графита. 4. Катод по п. 1, отличаю (Л щийся тем, что вставка выполнена из меди. со а 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

И, РЕСПУБЛИК

SU„„976804 1Д) . Н 01 J 1/30

М

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,,:

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3287820/18-21 (22) 08.05.81 (4б) 15.08.84. Бюл. Ф 30 (72) С.А. Коренев (71) Объединенный институт ядерных исследований (53) б21.385.032.212(088.8) (5б) 1. Месяц Г.А. Генерирование мощных наносекундных импульсов.

М., "Советское Радио", 1974, с. 204.

2. Смирнов В.А. Получение сильноточных пучков электронов. "Приборы и техника эксперимента", Ф 2, 1977, с. 21 (прототип). (54)(57) 1. КАТОД СО ВЗРЫВНОЙ ЭМИССИЕЙ для электронных приборов, состоящий из металлической подложки и инициатора взрывной эмиссии, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения токоотбора электронов, между металлической подложкой и инициатором взрывной эмиссии установлена вставка из проводящего материала с коэффициентом газовыделений

K = 0,01-5 см г, а инициатор

-1 взрывной эмиссии выполнен в виде металлической или диэлектрической мелкоструктурной сетки с коэфффициентом прозрачности от 5 до 90Х.

2. Катод по п, 1, о т л и ч аю шийся тем,что в качестве сетки использован ядерный фильтр.

2. Катод по н. 1, о т л и ч аю шийся тем, что вставка выполнена из графита.

4. Катод по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что вставка выполнена из меди.

9768

Ф

Ус грайство относится к области

Сйльноточной электроники. Оно может найти применение в электронных приборах ускорительной, лазерной техники, и термоядерных исследованиях.

Известен катод со взрывной эмиссией Щ для электронных устройств, содержащий металлическую подложку и инициатор взрывной эмиссии, который выполнен в виде металлического цилиндрического электрода. При этом конструктивно металлическая подложка и цилиндрические электрод могут представлять единую деталь.

Недостаток этого устройства состо. ит s малой величине токоотбора при питающих напряжениях 100-300 кВ.

В данном случае генератор импульсного напряжения для питания электронных устройств выполнен без примене ния низкоимпендансяых формирующих лияпй. Малая величина токоотбора объясняется эффектом экранировки, кото- рый состоит в снижении иа катоде электрического ноля объемным зарядом электронов s районе первичного цент-. ра взрывной эмиссии.

Известен также катод со взрывной эмиссией для электронных устройств, состоящий из металлической подложки и инициатора взрывной эмиссии, выполненного в виде слоя акводага или графитовой вставки f23.

Недостаток этих катодов состоит также в малой величине токоотбора электронов при тех параметрах импуль-З5 сов напряжения. Катодная плазма носит многофакельный характер, что привОдит к уменьшению площади эмиттирующей поверхности по сравнению с площадью катода и уменьшению токоотбора

«О электродов.

Цель изобретения — увеличение токоотбора электронов.

Это достигается тем, что в катоде «5 со взрывной эмиссией, состоящим из металлической подложки и инициатора взрывной эмиссии, между металлической подложкой и инициатором взрывной эмис сии установлена вставка из проводящего материала с коэффициентом газовыделений К 0,01-5 см,г ", а инициатор взрывной эмиссии выполнен в виде металлической или диэлектрической мелкоструктурной сетки с коэффи- И циентом прозрачности от 5 до 907.

В качестве диэлектрической сетки может быть использован ядерный фильтр.

04 2

Вставка из проводящего материала может быть из графита или из меди.

Выбор интервала величины коэффициента газовыделений вставки из проводящего материала определяется условиями формирования однородной плазмы, которые рассчитывают по уравнению кинетики накопления ионов и электронов в плазме при ионизации молекул выделяющихся .газов и испаряющегося вещества электронами автоэмиссии и определяют экспериментально по пороговым условиям формирования однородной плазмы фоторегистрирующей установки с наносекундным временным разрешением и коллекторами. При К<0,01 см . г созданная плазма неоднородна по поперечному сечению, а при 1 5 см, r характер катодной плазмы носит характер дугового разряда. К материалам с таким коэффициентом газовыделений относятся графит, медь отожженная в атмосфере водорода и др. Толщина вставки может составлять 0 1-10 мм.

Инициатор взрывной эмиссии устанавливают на вставку из проводящего .материала и закрепляют механически, Прозрачность инициатора определяют также условиями оптимального формирования равномерной катодяой плазмы и временем задержки тока относительно напряжения на электронном устройстве. Минимальная величина К;, равная 5Х, определяет условия формирования однородной плазмы и величину максимальной задержки, а максимальная величина — условия формирования однородной плазмы.

На фиг. 1 приведена зависимость времени задержки тока относительно напряжения от коэффициента прозрачности инициатора взрывной эмиссии в виде металлической сетки (кривая 1) и ядерного фильтра (кривая 2). На фиг. 2 — вольтамперная характеристика (ВАХ) диода с предлагаемым катодом, в котором инициатор взрывной эмиссии выполнен в виде металлической сетки (кривая 3), и в виде ядерного фильтра (кривая 4). Площадь катода составляет 7 см . В этих образцах металлическая сетка легко заменяется на ядерный фильтр. Для сравнения приведена вольтамперная характеристика диода с катодом, который взят за прототип (кривая 5) °

Рассмотрение этих кривых показывает, что в диоде с предложенным катодом при равенстве всех геометрических

9768

3 механических параметров токоотбор электронов увеличен примерно в

2-3 раза.

В качестве материала металлической мелкоструктурной сетки могут быть использованй нержавеющая сталь, вольфрам и другие металлы. Используемый в качестве диэлектрической сетки ядерный фильтр изготавливается из майларовой пленки толщиной 1030 мкм при облучении ее ионами аргона высоких энергией с последующим технологическим травлением. Диаметр отверстий в фильтре лежит в интервале О, 1-10 мкм. Прозрачность фильтра

) 5X.

Опытные образцы предлагаемого катода были изготовлены следующим образом. При этом в металлическую подложку из латуни залрессовывался гра- ур фит толщиной 2-10 мм, выполняющий роль вставки из проводящего материала

На него укладывалась металлическая сетка из нержавеющей стали с коэффициентом прозрачности 70Х и диаметром проволочек 0,3 мм и механически приI жималась к инициатору взрывной эмиссии.

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения на катод и анод электронного устройства, например диода, на поверхности инициатора взрывной эмиссии образуется катодная плазма, являющаяся эмитте:ром электронов. Процесс образования плазмы состоит из трех стадий. В первой стадии происходит разогрев тонко, го слоя вставки из проводящего материала,.прилегающего к инициатору взрывной эмиссии за счет протекания автоэлектронного тока. Например, для вставки из Графита и инициатора взрыв. ной эмиссии в виде металлической мелкоструктурной сетки слой толщиной

20 мкм и диаметром 20 мм разогревается за первые 10 нм, как показывают расчеты, до температуры,,170 С при плотности тока автоэлектронов ъ 30 А/см . Вторая стадия характериризуется интенсивными газовыделениями. Так из графита при нагревании

04 4 выделяются газы Н, СО, СО, С „Нм и др. Из меди, отожженной в атмосфе- ре водорода, выделяется водород. Последняя стадия характеризуется ионизацией молекул выделяющихся газов и молекул испаряющегося вещества вставки из проводящего материала и инициатора взрывной эмиссии. Ионизация производится электронами автоэмисии.

При этом образуется плазма равномерная и однородная по поперечному сечению. Ее равномерность и однородность определяются следующими факторами: выравниванием напряженности электрического поля между катодом и анодом в электронном устрой- стве; равномерным распределением автоэлектронного тока по поперечному сечению катода; однородным разогревом тонкого слоя вставки, прилегающего к инициатору взрывной эмиссшц равномерностью газовыделений; равномерностью ионизации молекул автоэлектронами.

Таким образом сформированная катодная плазма имеет площадь своей эмиттирующей поверхности, равную геометрической площади катода. Это приводит к увеличению ее по сравнению с эмиттирующей плазменной областью, формируемой на катоде, который взят за прототип, в 2-3 раза.

А это приводит к увеличению токоотбора электронов в 2-3 раза по сравнению с прототипом.

Срок службы такого катода с инициатором взрывной эмиссии в ниде металлической мелкоструктурной сетки составляет 10 срабатываний, а с инициатором в виде ядерного фильтра число срабатываний несколько уменьшается из-за прогорания тонкой майларовой пленки. Однако применение ядерного фйльтра оправдывает себя тем, что упрощает технологическое изготовление диэлектрических сеток — поз- воляет использовать готовые сетки— ядерные фильтры.

Предложенный катод позволяет форин. ровать также и широкие электронные пучки за счет устранения эффекта экранировки электрического поля.

976804

Составитель Г. Жукова

Редактор Л. Письман Техред Т.Фанта Корректор Г. Огар

Заказ 6980/1 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4