Электровакуумный прибор со скрещенными электрическим и магнитным полями

Электровакуумный прибор со скрещенными электрическим и магнитным полями

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсинк

Социалистических

Республик и 978231 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.06.81 (21) 3308932/18-21 с присоединением заявки И— (23) Приоритет (51}М. Кл.

Н 01 У 21/00

1ееудед+ <

СССР ае аелам изобретений н юткрьпкй (5Ç) УДК 621.383 (088.8) Опубликовано 30.11.82. Бюллетень №44

Дата опубликования описания 30.11.82 (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЙ ПРИБОР

1

Изобретение относится к электровакуумной технике, а более конкретно, к конструк, ции мощных высоковольтных электровакуумных приборов.

Известны мощные высоковольтные электровакуумные приборы со скрещенными электрическим и магнитным полями в промежутке между катодом и анодом, содержащие диэлектрическую оболочку, анод, катод, внешний источник постоянного магнитного поля, при этом пучок электронов, сформированный в промежутке анод-катод, вводится в пространство взаимодействия и затем попадает на ,другой элемент, например на коллектор электДонов. В этих ПДибоДах благодаДЯ наличию поперечного магнитного поля в промежутке между катодом и анодом, превышающего по величине поле отсечки, электроны, эмиттидованные катодом, формируются в трубчатый пучок, вращающийся в промежутке между 20 анодом и катодом. Катод и анод прибора расположены под определенным углом друг к другу таким образом, чтобы при приложении. к этим электродам разности потенциалов в промежутке между ними создавалась продольная составляющая электрического поля, благодаря которой сформированный в промежутке анод-катод трубчатый пучок электронов полностью выходит из него, не высаживаясь на аноде, а попадая в простраМство взаимодействия и затем на другой элемент прибора, например на коллектор электронов.

Такие приборы имеют повышенную электри ческую прочность, высокое токораспределение, . ° . катод в таких приборах не находится в высоковольтном промежутке н не подвергается ионной бомбардировке и разрушению под действием внутриламповых электрических пробоев, чем обеспечивается высокая надежность и долговечность приборов (1).

Существенным недостатком .этих приборов является то, что в них постоянное поперечное магнитное поле в межэлектродном промежутке создается с помощью внешних источников — постоянных магнитов или соленоидов, которые по массе и занимаемому

978231

S0 обьему в несколько раз превосходят собствен-.

Но электровакуумный прибор.

Известны электровакуумные приборы, выполненные в форме таранда, охватывающего стержень магнитопровода индутронного трансформатора, и содержащие кольцевой, индуктивно накаливаемый катод, выполненный в виде замкнутой системы элементов, обеспечивающей прохождение тока по образующей, кольцевой анод и диэлектричес- 10 кую оболочку, активные и реактивные сопротивления цепей анода и катода связаны известным соотношением. В таком приборе в межэлектродном промежутке анод-катод создается вращающийся в плоскости, парал- 15 лелькой поверхности электродов, вектор результирующего магнитного поля, причем по направлению магнитное поле остается поперечным по отношению к электрическому, а амплитуда результирующего магнитного по- 20 ля остается пульсирующей, близкой к постоянной.

Прибор этой конструкции характеризуется высокими объемно-весовыми характеристиками, так как в нем поперечное магнитное 2$ поле, близкое к постоянному, создается внутренними источниками — токами, проте,кающими по электродам, следовательно от сутствует необходимость в крупногабаритных внешних источниках постоянного магнитного З0 поля (2).

Недостатком таких приборов является отсутствие возможности вывести из межэлектродного промежутка анод-катод сформировавшийся пучок электронов в тех случаях, когда необходимо создание мощных высоковольтных электровакуумных приборов с катодом, расположенным вне пространства взаимодействия сформированного пучка электронов с полями элементов прибора, кроме анода и катода, что ограничивает возможность повышения надежности и долговечности приборов.

При увеличении поперечного магнитного поля до поля отсечки электроны с катода не будут попадать на анод, а будут вращаться вокруг катода, образуя пространственный заряд в виде кольца или трубы, при этом часть электронов попадает на катод, разрушая активное покрытие, чта снижает надежность и долговечность прибора. Для того, чтобы эти электроны вьпшти из межэлектродного промежутка анод-катод, необходимо приложить к электродам электри-. ческое поле с продольной составляющей, и в то же время иметь в межзлектродном промежутке анод-катод магнитное поле, параллельное поверхности катода и арада, для обеспечения равномерной отсечки элект ранов в межэлектродном промежутке анодкатод. Указанный прибор не позволяет решить эту задачу, так как электрическое и магнитное поля в межэлектродном промежутке анод-катод создаются одними и теми же электродами и при изменении их взаимного расположения с целью формирования: электрического поля определенной требуемой конфигурации изменяется и конфигурация магнитного поля в межэлектродном промежутке.

Цель изобретения — увеличение долговечности и надежности электровакуумных приборов.

Поставленная цель достигается тем, что в электровакуумном приборе со скрещенными электрическим и магнитным полями, выполненном в форме таранда, охватывающего стержень магнитопровода индутронного трансформатора и содержащего кольцевой>индуктивно накаливаемый катод, выполненный в виде замкнутой системы элементов, обеспечивающей прохождение тока по образующей, кольцевой анод, и диэлектрическую оболочку, анод выполнен составным, содержащим неразрезное основание и расположенную на поверхности его, обращенной к катоду, систему элементов, установленную под углом к поверхности последнего, причем эта система элементов электрически связана с основанием и выполнена в виде структуры, разомкнутой по оси прибора.

При этом система элементов может быль выполнена в виде пластин треугольной формы или в виде разрезанного по образующей усеченного конуса.

На фиг. 1 изображен предлагаемый электровакуумный прибор, общий вид; на фиг. 2— анод прибора; а — имеющий систему элементов, выполненную,в виде пластин„б— в виде разрезного по образующей усеченного конуса; на фиг. 3 — катод прибора.

Электровакуумный прибор выполнен в виде таранда и охватывает стержень 1 магнитопровода индутронного трансформатора.

Первичная обмотка 2 индутронного трансформатора является питающей, а вторичной обмоткой является катод 3 прибора, выполненный в виде спирали 4, крайние витки которой выполнены в виде колец 5.

Помимо спирали 4 катод 3 включает в себя цилиндр б, на поверхности которого нанесено эмиттирующее покрытие. Крайние витки спирали 4,выполненныев виде колец

5, имеют поперечный разрез-7. Этот разрез совпадает сразрезам,,имеющимся в цилиндре б. Разрез в цилиндре б выполнен, таким образом, по образующей; цижядр 6 соеди.няет кольца 5 спирали 4. Катод 3 прибора

5 978231 имеет кольцевую форму, его охватывает анод 8 прибора, выполненный составным и включающий кольцевое неразрезное основание 9, на котором расположена система 10 элементов. Система 10 элементов укрепле- 5 на на основании 9 со стороны, обращенной к катоду 3 и под углом к его поверхности, кроме того, она электрически связана с основанием 9, образуя структуру, разомкнутую по оси прибора. Система 10 элементов выполнена в виде расположенных по образующей основания 9 пластин 11, а может быть выполнена в виде разрезного по образующей усеченного конуса 12. Катод 3 прибора индуктивно накаливаемый, вторичная обмотка индутронного трансформатора является короткозамкнутой. Величины сопротивлений цепей анода 8 и катода 3 выбраны. такими, чтобы выполнялось условие

XKRA- XXARRIC

acct А Н

4S

При RK= 0,02 Ом, йд = 005 Ом, Хд =

= 0,02 Ом, ХН = 001 Ом, получаем

arctg 0,1 ф m É . При этом m с"- 0,06, т.е. не целое число.

В приборе имеется также кольцевой коллектор 13 электронов, керамический изолятор 14, образующий с выводом 15 анода 8, выводом 16 катода 3 и коллектором 13 электронов вакуумноплотную оболочку. Дополнительная фокусировка электронов, эмитЮ тируемыхкатодом3, осуществляется катодными экранами 17 и 18, которые находятся под потенциалом катода.

Число пластин ll системы 10 элементов выбрано равным 40, угол между пластинами 11 и поверхностью катода 3 выбран равным 8, расстояние между пластинами 11, выполненными из меди,в плоскости их краев 4 мм, толщина пластин 0,8 мм, длина пластин 30 мм. При выполнении системы 10. элементов в виде усеченного конуса 12, разрезного по образующей, выбран наибольший диаметр конуса 12 — 64 мм, наименьший диаметр 44 мм, усеченный конус 12 выполнен из меди, угол между усеченным конусом 12 и поверхностью катода 3 составляет

14 . Усеченный конус 12 присоединяется к основанию 9 через кольцевые керамические изоляторы. Катод прибора губчатый, оксщ - .. но-никелевый, расстояние анод-катод 1 мм, анодное напряжение 30 кВ, электрическая прочность 30 кВ/мм.

Выбор угла наклона указанной системы элементов к поверхности катода определяет требуемое в каждом конкретном случае изменение конфигурации продольной составляющей электрического поля в промежутке анод-катод, не зависящее от конфигурации магнитного поля.

Выполнение указанной формы самого прибора, катода прибора, а также выполнение условия, связывающего сопротивления цепей анода и катода, необходимо для обеспечения поперечного и близкого к постоянному магнитного поля в промежутке анодкатод без использования внешних постоянных магнитов. Это магнитное поле возникает вследствие суперпозиции магнитных полей, создаваемых токами анода и катода и формирующих трубчатый электронный пучок. Это происходит в случае, когда магнитное поле, параллельное поверхности анода и катода, превышает поле отсечки.

При подключении первичной обмотки трансформатора к источнику переменного напряжения в катоде и аноде наводятся ЭДС и в них начинает протекать ток, создающий магнитное поле у анода и катода, а также обеспечивающий разогрев катода до рабочей температуры. Так как катод разрезан по образующей, в его цилиндре ток протекает вдоль оси, и, следовательно, магнитное поле катода имеет азимутальную ориентацию, В то же время, ток в кольцевом основании анода протекает по кольцу, и создаваемое им магнитное поле имеет аксиальную ориентацию, при этом силовые линии магнитных полей, создаваемых катодом и анодом, параллельны, а векторы магнитных полей, образованных токами катода и анода, поперечны по отношению к электрическому nomo и взаимно перпендикулярны в плоскости, параллельной поверхности катода и основания анода. Если выполняется условие, связывающее активные и реактивные сопротивления цепей анода и катода указанным выше неравенством, то в межэлектродном промежутке анод-катод создается вращающийся в плоскости, параллельной поверхностям каа тода и основания анода, вектор результирующего магнитного поля, причем по направлению магнитное поле остается поперечным по отношению к электрическому, создаваемому катодом и основанием анода, а амплитуда его остается пульсирующей, близкой к постоянной. При установлении значения амплитуды этого магнитного поля, большего амплитуды поля отсечки, электроны, эмиттируемые катодом, не достигают анода, а вращаются вокруг катода. Благодаря тому, что система элементов, присоединенная к основанию анода, расположена под углом к поверхности катода, в промежутке анод-катод создается продольное электрическое поле и пучок электронов, сформировавшийся в

978231 промежутке анод-катод, выходит из него и попадает в пространство взаимодействия и на коллектор электронов.

Таким образом, в приборе отдельные части анода выполняют различные функции. Так, поперечное близкое к постоянному, магнитное поле создается кольцевым основаниеманода, по которому протекает ток, индуцируемый

Э,ПС, наводимой в аноде. В то же время,. Ю система элементов, расположенная на основа- нии анода и образующая структуру, разомкнутую по оси прибора, в создании указанного магнитного поля не участвует, так как ток в ней не индуцируется..Однако эта 3$ система элементов, выполненная, например, в виде расположенных по образующей основания пластин или в виде разрезного по образующей конуса, участвует в создании между анодом и катодом электрического по- щ ля, так как она электрически связана с основанием анода, причем это электрическое, поле является полем с продольной составляющей вследствие расположения этой системы элементов под утлом к поверхности катода и на поверхности основания, обращенной к катоду. Все это в комплексе обеспечивает вывод сформированного пучка электронов . иэ промежутка анод-катод в пространство взаимодействия. Следовательно, в таком прибо- З11 ре индуктивно накаливаемый катод находится вне пространства взаимодействия, чем обеспечивается увеличение долговечности и надежности.

Формула изобретения

1; Электровакуумный прибор со скрещен-, ными электрическим и магнитным полями, выполненный в форме торокца, охватывающего стержень магнитопровода индутронного трансформатора, и содержащий кольцевой индуктивно накаливаемый катод, выполненный в виде замкнутой системы элементов, обеспечивающей прохождение тока по образующей, кольцевой анод и диэлектрическую оболочку, отличающийся тем, что. с целью увеличения долговечности и надежности, анод выполнен составным, содержащим неразрезное основание и расположенную на поверхности его, обращенной к катоду, систему элементов, установленную под углом к поверхности последнего, причем эта система элементов электрически связана с основанием и выполнена в виде структуры, разомкнутой по оси прибора.

2. Прибор по п. I, o т л и ч а ю щ и йс я тем, что система элементов выполнена в виде пластин треугольной формы.

3. Прибор iso п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что. система элементов выполнена в виде разрезанного по образующей усеченного конуса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Молоковский С. И., Сушков А. Д. Интенсивные электронные и ионные пучки. Л., "Энергия", с. 15-23 (прототип) .

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 29S0191, 1981.

III !

978231

Рае.2

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

Диа3

ВНИИПИ Заказ 9?30/69 Тираж 761 Поднисное