Взрывоэмиссионный катод

(5 01 3 1/3 ЕНИЯ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Яаучно-исследовательскийтут ядерной Физики при Томскотехническом институте им. С.И.и.Институт электрофизики Уралотделения АН СССР(56) Котляревский Г.И., Пак ВСметанин В.М. и др.,2-импульсжим работы сильно точного диоды Первой Всесоюзной коиференпульсные источники энергии длческих и термоядерных исследоЮрмала, 983, с. 192.Авторское свидетельство ССВ 694002, кл. Н 01 Л 1/30,19 к катодам электрофизических установок, работающих в импульсном режиме.инсти- Цель изобретения - повьппейне предельи поли- ной частоты срабатывания катода дляКирова получения серии электронных пучков за ьского короткое время. Катод содержит криогенное устройство 1, внутри которого нин установлена проводящая герметичнаякамера 2, заполненная водой 3. Торец катода закрыт пористой крышкой 4 из ,С проводящего материала, на которой наный ре- морожен слой льда 5. При замерзании да. Тру- . воды в камере часть ее выдавливается ции "Им на поверхность крынки и замерзает. я Физи- При подаче импульса напряжения на каваний", .тод происходит образование взрывоэмиссионной плазмы, скорость разлета СР , Которой в 5 раз меньше, чем у плазмы, 77, не содержащей молекул во 1 ы, В результате применения предлагаемого катода получают по меньшей мере пять после- областидовательных электронных пучков прнкретно мерно равной амплитуды. 1 ил. ВЗРЫВОЭМИССИОННЫЙ КАТОИзобретение относитсяоточноЯ электроники, к(54 (57 сил Изобретение относится к сильноточ ной электронике, конкретно к катодам электрофизических установок, работаю щих в импульсном режиме. Целью изобретения является ув чение частоты срабатывания катод получения серии электронных пучк за короткий срок,Сущность изобретения состо тои, что применение в качеств чего тола вод,1 в фазе глубок денного пьл, наиороженного на по в т елиа дляОВ ит ве рабоо охлажОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТизОБРетениям и ОтнРытияПРИ ГННТ СССР ерхность пористой крышки камеры квода, обеспечивает получение импуль са электронов в результате взрывной эмиссии. На катод поступает импульс Фотрицательной полярности, под деЙ- ствием Которого Происходит вэрывообразное испарение льда и ионизация образовавшегося водяного пара, т.е. обрайуется плазма с ТекэВ, из котоГрой вытягиваются и ускоряются электроны. После окончания импульса вапрваенвя темаература Взрывоэиисопоппойплазмы, в состав которой входят ней"тральные молекулы воды быстро завремя ймкс уменьшается до Т"к0,2 зВ, т,е. в 25 раэ. Уменьшениетемпературы происходит за время диссипации энергии электронов плазмы наколебательных уровнях молекул поды.Известно что скорость (Ч, -6О см/с) разлета плазмы пропорциоОнальна корню квадратному из ее темпе ратуры Таким образом, уменьшениетемпературы в 25 раз вызывает уменьшение скорости разлета плазмы в 5 раэ,6т.е. до Ч = 0,2 С см/с Следовательно к моменту прихода второго им. пульса разлетающаяся с меньшей скоростью плазма заполняет только частьанодно-катодного зазора. Под действи"ем второго импульса электроны вытяги 20ваются уже из границы этой плазмы,Процесс (т.е. фактически серию им пульсов) можно повторять до тех пор,пока анодно-катодный зазор полностьюне окажется закороченным разлетающей ся с катода взрывозмиссионной плазмой. После этого необходима длительная 300 мкс пауза, в течение которой плазма рекомбинирует а зазорвосстанавливает свой первоначальныйимпенданс.На чертеже представлено предлагаемое устройство.Он содержит криогенное устройство1, внутри которого установлена про водящая, герметичная камера 2, эаполненная водой 3, торец катода закрыткрьппкой 4, выполненной нэ пористогопроводящего материала слой льда 5,намороженный на крьппке.Устройство работает следукщим образом.Криогенное устройство 1 включается.и вода 3, находящаяся в герметичной камере 2, замерзает, а посколькупри переходе воды из жидкого состоя" 45ния в твердое происходит увеличениеобъема, то часть воды в виде слояльда 5 оказывается намороженной наповерхности пористой крышки 4. Объемльда, намороженного на поверхности 50катода и необходимого для 10срабатываний без развакуумнрования опрецеляют по формулеб 7,Ч-10 кф - коэффициент уноаа массы вещества катодапри взрывной змиссич;- удельная плотность воды,55 ЪЧ .=10 смЧтобы получить такой объем необходим минимальный первоначальный объем1Ч, = , где о " 1,0003 - коэффициент объемного расширения водыпри Т = О Г, ЧО /1,3 1 О"а 10 смГля удобства работы и требуемойплощади катода Б106 смп берут высоту цилиндра Н = 5 см, тогда рабочий объем воды равен Ч = 530 смКрышка камеры толщиной 1 мм выполнена из пористой нержавеющей сталиее диаметр равен диаметру катода.1 аксимальньпЗ размер пор обусловлен удобством сборки катода (вода недолжна вытекать через поры, т.е. силы поверхностного натяжения должныуравновесить вес столбика воды вобъеме над одной порой, Имея цилиндрические поры, определяем максималь 23ный радиус одной г- , гдеп р фкоэффициент поверхностного натяженияравен= 0,073 н/м;- пЛотностьводы; Г - высота столба воды в герметичном объеме катодного цилиндра.Подставив численные значения, получаем г= 300 мкм.Чннимальное количество пор в крышке катода определяют иэ условия равномерного покрытия ее поверхностислоем льда, т,е. Ч ( М) Ч 4+ Ч где Ч - первоначальный объемводы, Ч 0 " ф г Ьп - объем льда, ослтавшийся в порах, Ч, - объем льда,который наморожен на поверхностькрышкиЧ ь -Ч,г ЯВоэможность получения серии электронных пуЧков иллюстрируют следующимрасчетом, считая, что катод работаетс наносекундным высоковольтным гене"ратором с сопротивлением Е 240 Омв диоде с зазором 2-2,5 см, длительность импульса 50 нс.Ток первого электронного пучка равенБ 1 101,- -- :с ---44 кР.,К, 24За время длительности импульса50 нс плазма разлетается наО смт.е, разлетом пренебрегаем. Оцениваем146 Взрывоэмиссионный катод, содержащий камеру с рабочим телом, закрытуюпористой крышкой, о т л и ч а ющ и й с я тем,.что, с целью увеличения частоты срабатывания, камера с 5 рабочим телом помещена в криогенныйохладитепь, а в качестве рабочего тела выбрана вода.1 17,3 Ом,Составитель Н.Чубуедактор Е.Полионова Техред И.Ходанич КорректорЛ. Пилип ен писно Заказ 3 ираж ВНИИПИ при ГКНТ ССС а по изобретения 3-35Раушская .и ударственного коми 113035, Москоткрыти д. 4/ роизводственло в издательск комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарик разлет 1, за время паузы, приняв ско"Ч +Чу рость разлета Ч = " й 0 42 и 1 С см/с, 1, = 0,4 1 Г 10 = 0,4 см, как в аксиальном так и в радиальном направлениях. Эффективный зазор к приходу второго импульса равен д еДД - 125 - 4 = 2 мм ради 1 Ф ус вновь образованной поверхности равен: г, = г + 1, = 60 + 4 64 мм.Вычисляем импенданс диода к моменту прихода второго импульса:136 1 О а ----- И/г)О, где 11 - напряжение к моменту прихода второго импульса, обусловленное изменением импеданса диодаКм БОК, где В и 1. - импеданс и напряжение 1 Цпри первом импульсе;136 10 йа ф тогда В ( ) фг 1 Таким образом использование вэрывоэмиссионного катода предложенной конструкции позволяет в 5 раз увеличить время перекрытия типового диод- ного зазора плазмой и таким образом увеличить частоту срабатывания катода, т.е, пол: чить серию иэ пяти примерйь равных по току электронных пучков. Фо рмул а из о брет ения