Способ получения автоэлектронной эмиссии

(5 ц Н 01 Ю 9/02; Н АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ДЕТЕПЬСТ К АВТОРСКОМ 2 Я В и е катод-анод расстоя 1; 2; напряже ду, В;прил причем в магнитны ществляют ру автока лах от 77 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Ленинградский электротехнический институт связи им. проф.М.А.БончБруевича(56) 1. Ненакаливаемые катоды. Сб.Под ред, Елинсона М. И. М., "Советское радио", 1974, с. 179-186.2. Бурибаев И., Шишкин Б.Б. Автоэлектронная эмиссия вольфрама в магнитном поле. ФТТ, т. 12, 1970, М 11,с. 3309-3310 (прототип ),(94)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АВТОЭЛЕКРОННОЙ ЭМИССИИ с поверхности вольфрмового автокатода в автоэмиссионныхдиодах, откачаннкх до давления. 10 торр и ниже, включающий создани9у поверхности автокатода электрического поля напряженностью 5,510-108 В/см и дополнительно к электрическому полю параллельно оси автокатода - магнитного поля, от л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения эмиссионной способности авто- катода и эффективного управления величиной автоэмиссионного тока в условиях отбора с катода плотности тока 10 А/см 2 и более,.магнитное поле6создают величиной индукции йЬ, удовлетворяющей неравенству 0,8йп (1,2 Вп, где 2 пО е лектрона, кГ;лектрона, кл, действие электрическим полем на автокатод осу одновременно, а темпер ода поддерживают в пре до 1000 К.Ф,10 ЭЬИзобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве метода формированияэлектронных пучков с ненакаливаемыхкатодов в импульсных ускорителяхэлектронов, рентгеновских аппаратах,электронных микроскопах, электроннолучевых приборах и др.Известен способ получения автоэлектронной эмиссии, согласно кото" 1 я.рому необходимо между катодом, име"ющим форму острия, и проводящим анодом приложить разность потенциалов,достаточную для создания у поверхно-сти острия - катода электрического поля напряженностьюЕ. 10 В/см С 1Согласно укаэанному способууправление величиной автоэмиссионного тока практически возможнотолько за счет варьирования разно"сти потенциаловЧ между электродамиавтоэмисеионного диода. Однако приотборе больших плотностей тока10 А,/см 2) для катодов с радиусами г 910 фсм управление величиной автоэмиссионного тока становитсямалоэффективным, так как на эмиссионную способность автокатода начинает оказывать заметное влияниепространственный заряд электронов.Поэтому для решения многих задачсильноточной электроники существенно получить дополнительную к разно"сти потенциалов возможность управле"ния эмиссионной способностью автока"тода,Известен способ получения автоэлектронной эмиссии с поверхностивольфрамового автокатода в автоэмис"сионных диодах, откаченных до давления 10 торр и ниже, который включает в себя создание у поверхностиавтокатода электрического поля напряженностью от 5,5-10 В/см до10 В/см и дополнительно к электри- фческому полю параллельно от автока"тода - магнитного поля 2В известном способе показано,что при отборе с автокатода эмиссионных токов 1 16 А, т.е. для срав" 0нительно малых плотностей тока1(3 10 А/см ) эмиссионная способ 3 2ность автокатода во внешнем магнитном поле в. несколько килоэрстед мо"жет незначительно уменьшаться (еди Бницы процентов).Однако в известном способе не изучено влияние магнитного поля на 9 ЬО2эмиссионную способность автокатодовв условиях отбора больших плотностей токаЦель изобретения - увеличение эмиссионной способности автокатода и эффективное управление величиной автоэмиссионного тока в условиях отборас катода плотности тока 10 А/см иболее.Поставленная цель достигаетсятем, что в способе получения автоэлектронной эмиссии с поверхностивольфрамового автокатода в автоэмиссионных диодах, откаченных додавления 1 О-торр и ниже, включающем создание у поверхности автокатода электрического поля напряженностьюот 5,5 10 8/смВ/см и дополнительно к электрическому, полю параллельно оси автокатода" магнитного поля, создают магнитное поле величиной индукции йВ, удовлетворяющей неравенству 0856 6 ,2гх генВ,1. - раМстоя ие квгод-анод, М;и 1;210 - напряжение, приложенное кдиоду, В;в .- масса электрона, кГ:е - заряд электрона, кл;причем воздействие электрическим имагнитным полем на автоквтод осуществляют одновременно, а температуру автокатода регулируют в пределах от 77 до 1000 К,Приведенное выражение для 8 соупответствует условию фокусировкиэлектронного пучка. Кроме условияфокусировки необходимо, чтобы в автоэмиссионном диоде вакуум был луч.ше 1 О 9 торр, так как в противном случае из-за адсорбции атомов остаточных газов на поверхности автокатодаэффект повышения его эмиссионнойспособности в магнитном поле становится слабо выраженным. Кроме того,необходимо отметить, что эффект возрастания эмиссионной способности приотмеченных выше условиях существеннозависит от температуры эмиттера(77 КТз 1000 К),Таким образом, варьирование величины магнитного поля в указанноминтервале и температуры эмиттерапозволяет направленно изменять (увеличивать) эмиссионную спосооность автокатода при фиксированном значениинапряжения ц.980 4Блок 9 является источником питания 1 соленоида и может создавать как постоянное, так и импульсное напряжение. В импульсном режиме работы блок 9 синхронизируется от блока 8. Блок 10 служит для регистрации постоянного или импульсного тока.Способ осущестЬляется следующим образом.Блок 8 создает у поверхности ка- . тода электрическое поле, постоянное или импульсное, в результате чего из катода эмиттируются автоэлектроны и регистрируются блоком 10. Величина регистрируемого тока совпадает со значением тока, получаемым из уравнения фаулера"Нордгей" ма. При необходимости величина отбираемого с автокатода тока может быть увеличена до 10 раз без изменения исходной величины разности потенциалов, установленной блоком 8, Для этого катод охлаждается до необходимой температуры, и у его поверхности с помощью блока 9 создается постоянное или импульсное продольное оси катода магнитное поле нужной величины. Температура катода может регулироваться подогревом дужки, к которой приваривается острие, за счет пропускания чеоез .нее электрического тока от блока 7 Регулировкой температуры катода и величины магнитного поля можно уста" новить необходимую величину тока, тем самым регулируя проводимость диода. Предлагаемый способ позволяет управлять электронной. плотностью в пределах порядка величины при фиксированной начальной энергии электронов в пучке, и является,вопервых, более экономичным, так как требует для своей реализации сравнительно маломощного (едини 1 ы киловатт ) источника напряжения, питающего соленоид, и, во-вторых, управ" ление плотностью .потока электронов существенно проще технически, так как не требует вариации высокого напряжения, приложенного к диоду, в диапазоне от десятков киловольт до мегавольт, а ведется в низковольтных цепях управления токомсоленоида.Тираж 703 ПодписноеШ 3 1038Отметим, что указанные значенияи1; 2, а также нижняя границатемпературы эмиттера определялисьэкспериментальными возможностями ис., следований. Значение верхней грани 5цы температуры эмиттера обусловленотем, что при более высоких темпера"турах (Тэ 1000 К ) воздействие магонитного поля на эмиссионную способность вольфрамового автокатода нез" 10начительно.Нижнее значение напряженности поля "(5,5 10В/см ) определяет необходимый уровень плотности тока,прикотором внешнее магнитное поле оказывает влияние на эмиссионную способность автокатода, тогда как верхняя граница (Г10 В/см) определяется тем, что при Е10 В/см автоэмиссионная эмиссия переходит вовзрывную эмиссию.На чертеже представлена одна извозможных конструкций, реализующейпредлагаемый способКатодный узел 1, в котором крепится автокатод, укрепляют на дьюаровской ножке 2 для заливки жидкогоазота или другой криогеннойжидкости. Дьюаровскую ножку через керамический изолятор 3 посредством аргонно-дуговой сварки 4 вакуумноплотно соединяют с камерой 5,выполненной из немагнитной нержавеющей стали, например, марки118 Н 9 Т. Затем камеру 5 откачиваютдо давления остаточньх газов не ниже 10 9 торр. В процессе откачки камеру 5 подвергают прогреву при 450 Сдо прекращения газоотделения состенок. После окончания процесса откачкии термообработки на камеру оде 4 Овают соленоид 6 и охлаждают автокатод, заливая жидкий азот илидругую криогенную жидкость в дьюаровскую ножку. Блок 7 служит дляпрокаливания дужки, на которой кре 45пится острие, до высоких температурТ2800 К, При прокаливании дужкипроисходит очистка катода от возможных загрязнений, адсорбировавшихсяна поверхности в процессе откачки камеры. Блок 8 является высоковольтным источником постоянного илиимпульсного прямоугольного напряжения отрицательной полярности в зави,симости от рода работы автокатода.ВНИИПИ Заказ 6236/57и ефилиал ППП "Патент", гУжгород, ул. Проектная, 4