Термоэлектронный катодный узел

Изобретение относится к эмиссионно ной электронике, а более конкретно к термоэлектронным катодам из гексаборида лантана, эмиттирующий элемент которых выполнен в виде стержня и нагреваетсяпри помощи электронной 5 бомбардировки, Такие катоды применяются в электроннолучеврм оборудовании, ускорителях и других физических приборах.Известна конструкция термоэлек- )О тронного катода из гексаборида лантана, в которой эмиттирующий элемент выполнен в виде стержня, Вокруг стержня расположена, спираль из вольфрамовой или танталовой проволоки, выполняющая роль первичного термока тода. При нагреве спирали до температуры порядка 2000 С и подаче напряжеония между. спиралью и стержнем (положительный потенциал прикладывается к стержню), последний нагревается до. рабочих температур порядка 1 б 00 С за счет электронной бомбардировки Ц .Недостатками известной конструкции являются уменьшение работы выхода первичного термокатода, вследствие напыления на него гексаборида лантана, испаряющегося со стержня при рабочих температурах, что приводит к интенсификации электронной бомбардировки стержня, повышению его темпе-ЗО ратуры малый срок службы первичного термокатода, ограничиваемый взаимодействием напыленного гексаборида лантана с материалом спирали.Известна также конструкция термо электронного катода содержащего стержень из гексаборида лантана с торцовой эмиттирующей поверхностью, термокатод для нагрева стержня посредством электронной бомбардировки и диэлект О 1рическое основание с выводами, Боковая. поверхность стержня покрыта тоноким слоем (около 50 Л) аморфного углерода. Цель нанесения покрытия предотвращение напыления гексаборида 45 лантна на поверхность первичного. термокатода и.как следствие стабилизация температурного режима работы катода и повышение срока службы .первичного термокатода ) 2).Недостатками конструкции являются: низкая стойкость предлагаемого покрытия при рабочих температурах катода, определяемая процессами взаимодиффуэ зии и -химического взаимодействия междьогексаборидом лантана и углероднымпо)срытием, что практически не поз.воляет исключить напыление гексаборида )шантана на поверхность первичного термокатода при длительной эксплуатации узла, Следствием этого недостат 40 ка является недостаточная стабиль. ность температуры катода," относитель- но высокая потребляемая узлом мощность, которая складывается иэ мощностей, расходуемых на нагрев первич ного термокатода и н электроннуюбомбардировку кроме того, недостаточная долговечность катодного узла.Цель изобретения - повышение стабильности температуры эмиттирующегостержня, увеличение долговечности иснижение потребляемой мощности,Поставленная цель достигается тем,что в термоэлектронном катодном узле,содержащем стержень из гексаборидалантана с торцовой эмиттирующей поверхностью, термокатод для нагревастержня посредством электронной бомбардировки и диэлектрическое основа-ние с выводами, между стержнем итермокатодом расположен электрическиизолированный экран из тугоплавкогопроводящего материала, причей отношеф.ние максимальных размеров сеченийстержня и экрана находится в преде"лах 0,5-0,9.На чертеже изображена конструкцияпредлагаемого устройства,Устройство содержит эмиттирующийстержень 1, первичный термокатод 2,электрически изолированный экран 3,основание 4 из диэлектрика с выводармиУстройство работает следующим образом.При включении катода экран нагре-.вается посредством электронной бомбардировки, Для этого первичный термокатод нагревают до температуры порядка 2000 С и между ним и экраномприкладывают разность потенциалов(положительный потенциал на экране).Температура экрана при этом достаточ"на для обеспечения радиационногонагрева эмиттирующего стержня до ра"бочих температур (1600-1800 С). Нагретый до таких температур стерженьобеспечивает достаточный эмиссионныйток с боковой поверхности для нагрева экрана. Поэтому после нагревастержня разность потенциалов прикладывается между ним и экраном (поло)жительный потенциал на экране),а питание накала первичного термока-,.тода отключается,Неизбежное при рабочих температурах стержня напыление гексаборидалантана на поверхность экрана, обращенную к нему, немажет существеннымобразом повлиять на эксплуатационныепараметры катода, в частности на тем"пературу стержня, так как коэффициентизлучения экрана при этом практическиостается неизменным, По этой же причине не представляет опасности изменение электрических свойств материала экрана, вследствие взаимодействиямежДу ним и образующейся в процессеэксплуатации пленкой гексаборида лантана.Пределы отношений диаметра стержня к внутреннему диаметру экранапри круглой Форме стержня и экрана,Редактор Ю, Середа ТехредМ,Костик Корректор И, Ватрушкина Заказ 5634/54 Тираж 703 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений. и открытийэ113035, Москва, Ж-.35, Раушская наб д. 4/5 Филиал ППП Патентф, г. ужГОрод, ул. Проектная, 4 3или соответствующими сторонами придругих формах стержня и экрана определены экспериментально, исходя изтребований обеспечить оптимальныепараметры радиационного нагрева стержня излучением с экрана при сохранении работоспособности катодного узла,в целом,Если зто отношение меньше 0,5,расстояние между стержнем и экраномвелики,и для радиационного нагревастержня до. рабочих температур1600-1700 С требуется температураэкрана существенно большая, чем2000 С, что приводит к необходимости увеличения мощности, выделяемой 5на экране, и снижению надежности узлав. целом,Если это отношение больше 0,9расстояния между стержнем и экраноммалы и велика вероятность короткогозамыкания между стержнем и экраном.при нагреве, что приводит к выходуузла из .строя.П р и м е р. Эмиттирующий стерженьвыполнен из горячепрессованого поли.кристаллического гексаборида лантанадиаметром 1 мм и длиной 18 мм. Одинконец стержня закреплен в цанговомзажиме, расположенном в основании издиэлектрика. В основании имеются так же выводы для закрепления экрана и 30первичного термокатода. Экран выполнен из тантала, толщиной 0,1 мм,диаметр экрана 1,5 мм и ширина 4 мм. Первичный термокатод представляет собой спираль диаметром 5 мм, из вольфрамовой проволоки, толщиной 0,4 мм, число витков - 3, шаг - 1 мм. Экран установлен в верхней части стержня, вблизи торцовой эмиттирующей поверхности.При рабочей температуре стержня 1 б 00"1800 С с катадного узла отбирается ток плотностью 20-25 А/см. Пот ребляемая на нагрев мощность состав ляет в .установившемся режиме 7-9 Вт, в момент включения 13-15 Вт, Проверенная долговечность превышает 500 час,Положительный эффект от внедрения ,предлагаемого изобретения состоит в высокой стабильности температурного режима работы эмиттирующего стержня и ,стабильности эмиссионных параметров, обеспечиваемой постоянством электронного и радиационного нагрева во времени; повышении срока службы катода в целом вследствие исключения взаимодействия между материалом первичного термокатода и напыляемым в процессе эксплуатации ва него гексаборидом лантана; в снижении потребляемой мощности катодного узла в установившемся режиме за счет отключения первичного термокатода.Применение предлагаемой конструкции катодного узла в электроннолучевом и аналогичном оборудовании не требует переделки существующих систем электродов установок.