Катодно-подогревательный узел

(19) (11) сВ АНИЕ ИЗОБРЕТЕ и, Т. А. Воробье 8.8)Рубанович ктронно-луче Новые мощи рующие приб тили. М 197 ых усе вы 1. 44 Сильноточ- нтробежноием пучка. ка, т. 23, тотип) онов с ц ормирова электрон -2005 (пр ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) 1, Логинов Л.Катодные узлы для элтановок (ЭЛУ). В сбсоковольтные коммутиэлектронно-лучевые ве49.2. Иремаш вил и Дный инжектор электрэлектростатическим ф- Радиотехника и1978,9, с, 2003 ЗА) Н О 1 1/20; Н 01,1 1,22(54) (57) КАТО 1 НО.ИО(ОГРЕВ АТЕ г 1 Ь. НЫГ 1 УЗЕЛ, с 1)дсрж;пций коаксиальцо расположсцныс цсс) цсс кольцо, кольцевые тсЛа КацЛ ПОдОГрс ВтС. я, ЭМИттер И тСПЛО- изолц руо щи й бакр ц, с) г,1 ни а)ощшсл тем, что, с )гсс ьО с цц жсц 11 я температуры т 1.ла канала В)л)гревТеся, повышения его );) ), и мвсс 11)сц 51 ф 1)рмомстойцвостц эмцттера, тело к пал цодогр 1 Втсля выполнено цс мснсс чем цз дю х гофрцровнных полос, рзмсщенцых Вдоль )с 1 узл и соединенных :)сж;о собой так, что гофры образуют трубчатые полости, обрцсццые торцами к эмцттеру, Выполненному ц вцдс набора сочлененных вцахлсстку цлстцц, размещенных В двух кольген ь 1 х ц 1 1 р 1 Вс 15 юпих, зкрспс 1 сцных ца несущем кол)нс, тсцлоцзолцрованцом От тс;1 с накал цод)1)сва толя.Изобретение относится к сильноточной электронике и может быть использовано в электрофизических установках, формирующих мощные электронные пучки, в частности при создании инжекторов с центробежной электростатической фокусировкой.Известен катодно-подогревательный узел, выполненный в виде кольцевой многослойной керами ко-металлической конструкции, содерЖащей последовательно напыленные на керн из молибдена слои окиси алюминия 1 изолятор) и гексаборида лантана (эмиттер) 11.Недостатками такого узла являются невысокие устойчивость формы кольца и механическая прочность изоляционных слоев, обусловленные различием их термического расширения и связа НН ым с этим накоплением остаточных деформаций (особенно при многоразовых запусках узла), и высокая вероятность стравления эмиттера вследствие термической диссоциации окиси алюминия, так как температура изолирующего слоя должна быть на 100-150 К выше температуры эмиттера, которая при активации эмиттера из гексаборида лантана составляет величину около 2000 К. Кроме того, в этой конструкции ограничен выбор материалов эмиттера и невозможна его замена, что обусловлено способом формирования (плазменное напыление) и требованием близости коэффициентов термического расширения материалов напыляемых слоев.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является катодно-подогревательный узел, содержащий коаксиально расположенные несущие кольцо, кольцовое тело накала подогревателя, нагревасмые его излучением, эмиттер и теплоизолируюший экран. В этой конструкции тело накала подогревателя выполнено в виде бифиляра из вольфрамовой проволоки, установленного на трубчатых изоляторах в наружной канавке несущего кольца из никеля, внутренняя цилиндрическая поверхность которого служит основанием для нанесения оксидного эмиттерного покрытия. Узел снабжен системой торцовых и радиальных экранов 2. Недостатком такого узла являются повышенная рабочая температура подогревателя, обусловленная малой (относительно площади обогреваемой поверхности эмиттера) площадью излучающей поверхности тела накала и относительно невысокой прозрачностью для прохождения в направлении эмиттера лучистого потока тепла, отраженная экранами. При этом часть лучистой энергии, которая могла бы попадать на эмиттер, поглощается телом накала, повышая его температуру. Коэффициент полезного действия (КПД) подогревателя низок из-за высокого градиента температуры между телом накала и корпусом, а также из-за по 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вышенной температуры корпуса, которая бли:ка к температуре эмиттера, Повышенная температура корпуса приводит к увеличению потерь тепла теплопроводностью через детали и узлы крепления узла в установке.Кроме того, эта конструкция обладает пониженной формоустойчивостью, вызванной прежде всего повышенной температурой несущего кольца и связанного с этим разупрочнения. Этому способствует также неоднородность лучистого потока проволочного подогревателя.Целью изобретения является снижение температуры тела накала подогревателя, повышение его КПД и увеличение формоустойчивости эмиттера.Указанная цель достигается тем, что в катодно-подогревательном узле, содержащем коаксиально расположенные несущие кольцо, кольцевые тела накала подогревателя, эмиттер и теплоизолируюший экран, тело накала подогревателя выполнено не менее чем из двух гофрированных полос, размешенных вдоль оси узла и соединенных между собой так, что гофры образуют трубчатые полости, обращенные торцами к эмиттеру, выполненному в виде набора сочлененных внахлестку пластин, размещенных в двух кольцевых направляюших, закрепленных на несущем кольце, теплоизолированном от тела накала подогревателя.Увеличение площади излучаемой поверхности тела накала в сочетании с высокой прозрачностью, его, обусловленной малой по сравнению с размерами отверстий трубчатых полостей толщиной гофрированных полос, снижает рабочую температуру тела накала.Из-за высокой прозрачности тела накала снижается температура экранов, высвечивающихся сквозь него на эмиттер.Кроме того, составляющая потока тепла, идушая параллельно эмиттеру от центра и краям подогревателя, экранируется периферическими слоями тела накала, и большая часть ее переизлучается в конечном счете на эмиттер. Оба фактора, вместе взятые, снижают моШность потерь и позволяют направить тепловой поток преимушественно на эмиттер, что приводит к повышению КПД подогревателя.Параллельное соединение гофрированных полосуменьшает неравномерность поля теплового потока на эмиттер, вызванную повышенным теплоотводом на краях подогревателя. При этом в крайних полосах, менее нагретых, должно выделяться дополнительное количество тепла, частично ком пенсируя потери на краях подогревателя. В результате уменьшается неизотермичность эмиттера, что является одним из важнейших факторов повышения его формоустойчивости.Использование эмиттера, выполненного в виде набора пластин, и уменьшение жест1069028 кости их связи с несущим кольцом, а также уменьшение температуры несущего кольца повышают формоустойчивость конструкции за счет уменьшения термомеханических напряжений на эмиттере и несущем кольце. Сочленение пластин эмиттера внахлестку уменьшает потери энергии, излучаемой телом накала подогревателя.На чертеже изображена схема катодноподогревательного узла.Узел имеет эмиттер, составленный из 10 набора сочлененных внахлестку пластин 1, кольцевые направляющие 2, секции держателей 3 с упругими элементами термокомпенсаторами 4 термических напряжений,теплоизолирующий экран 5, кольцевые тела 6 накала с трубчатыми полостями несущие кольцо 7 и изоляторы 8, являющиеся одновременно торцовыми тепловыми экранами.Устройство работает следующим образом.При нагреве узла несущее кольцо 7, расширяясь больше остальных элементов конструкции, в т.ч. больше направляющих 2, растягивает их с помощью держателей 3 на упругих термокомпенсаторах 4, задавая форму им и свободно расширяющимся в их 25 направляющих секциям эмиттера. Свободное расширение частей эмиттера обеспечивается установкой их в направляющих 2 с ходовым зазором, В случае применения эмиттеров из металлической фольги толщиной менее О,1 мм зазор должен быть таким, чтобы не происходило заеданий в нахлесте,4Если толщина эмиттера позволяет выполнить ступенчатый нахлест, то величина зазора должна быть меньше разности глубины уступа на одной секции и толщины ступени на ответной секции. Клиновидный зазор между термокомпенсаторами и наружной цилиндрической поверхностью кольца полностью исчерпывается только при установившемся рабочем режиме. Таким образом, погрешность диаметра эмиттера будет наименьшей в рабочем режиме и определится точностью несущего кольца и зазором между эмиттером и направляющими кассет.Изобретение позволяет создавать крупногабаритные термоэмиссионные катодные узлы сложной формы с высокоэмиссионными эмиттерами например, гексаборид лантана, лантанированный иридий),Надежность устройства обеспечивается за счет малой жесткости гофрированного тела накала подогревателя, легко принимаюц,его необходимую форму при минимальных напряжениях и компенсирующего разность термических перемещений относительно остальных деталей на любом из участков.Тепловые испытания предлагаемого устройства с эмиттером из гексаборида лантана, нагретым до 2000 К показывают, что за счет осуществления преимущественной теплопередачи в направлении эмиттера КПД узла повышается на 25 о/о, перепад температуры снижается на 300 К, а неизотермичность эмиттера уменьшается на 50 о/о по сравнению с известным устройством.Составитель А. Захаров Редактор Т. Кугрышева Техред И. Верес Корректор М. Демчик Заказ 10930/49 Тираж 6 ЬТ Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4