Электронная газоразрядная пушка

Союз Советскмк Социалнстическни Реснублик(51)М. Кл.з Н 01 д 3/02 Государственный коннтет СССР по делам изобретеннй н открытнй.С.В,Сергеев, В.В.Голуб и И.М.Набоко Институт высоких температур АН СССР 71) Заявитель(54) ЭЛЕКТРОННАЯ ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ПУШКА Изобретение относится к устройствам для электронно-лучевой диагностики в газодинамике и физике плазмы иможет быть использовано в ускоритель-ной технике для технологических целейи для измерения плотности в нестацио"жарных потоках газа.Известна эЛектронная пушка, используемая в устройстве для диагностикигазов и содержащая термокатод 11 .,Эта пушка имеет следующие недостатки:, малый срок работы катода, необходимость высокой степени откачки,высокая стоимость, выход из строя вслучае аварийного повышения давления. 15роме того, для ее. работы необходимпециальный высоковольтный источник.Наиболее близкой к предлагаемой.является электронная гаэораэряднаяпушка, содержащая холодный катод исоосный ему анод с отверстием длявывода пучка, образующие разрядныйпромежуток, систему подачи рабочегогаза в разрядный промежуток и фокусирующее устройство 2)Однако эта пушка не обеспечиваетвысокой разрешающей способности придиагностике газов из-эа значительнойрасходимости и диаметра пучка на выходе из нее,ЗО Цель изобретения - повышение разрешающей способности при диагностикегазов эа счет уменьшения расходимостии диаметра электронного пучка.Эта цель достигается тем, что катод выполнен со вставкой из материалас большим, чем у материала катода,коэффициентом ионно-электронной эмиссии,расположенной по оси катодаи выходящей на его рабочую поверхность,укаэанная поверхность катода выполненаплоской, а анод - с полостью со стороны разрядного промежутка, сообщающейся с отверстием для вывода пучка.Повышение разрешающей способностидостигается также эа счет того, чтоупомянутая полость выполнена цилиндрической и соосной отверстию для вывода пучка, чричем отношение диаметра полости к диаметру катода составляет 0,3-0,5, а отношение диаметра полости к высоте разрядного диаметраполости диаметра к высоте разрядногопромежутка составляет 0,8-1,2,На чертеже представлена конструктивная схема устройства.Устройство содержит медный катод1 с алюминиевой вставкой 2, изолятор3, анод 4 со стаканом 5 и отверстием6 для вывода электроновт непосредст 799046венно примыкающее к аноду фокусирующее устройство, состоящее из верхнего фланца 7, фокусирующей катушки 8 с каналом 9 для подачи газа и нижнего фланца 10 с откачиваемой полостью 11. Пучок электронов фокусируется в за;зоре между полюсными наконечниками5 12.Работает пушка следующим образом.Электрон, вылетевший из катода 1 очень быстро набирает скорость и уже в разрядном промежутке практически имеет предельную энергию, При этом в силу малости разрядного промежутка (2-8 мм) и небольшой величины сечения ионизации в рабочем интервале давления (0,1-0,2 торр) и напряжений 15 (10-20 кВ) ионизация в .прикатодной области незначительна.Преобладающая часть положительных ионов, необходимых для поддержания разряда, возникает в полости 5 для фор О мирования пучка, поэтому уменьшение диаметра полости менее 0,3 диаметров катода или менее 0,8 высоты разрядного промежутка приводит к уменьшению тока пучка. Обладая незначительными 25 скоростями, ионы начинают двигаться по .силовым линиям поля, которое провисает в полость анода. Наличие радиальной составляющей ноля приводит к стягиванию ионов к оси канала, поэтому ионнсй бомбардировке подвергается ЗО .только центральная часть катода. Это приводит к существованию самостоятельного разряда только в приосевой зоне.При унеличении диаметра полости 5 выше 0,5 диаметра катода (или выше 1,2 высоты разрядного промежутка)расширяется приосевая зона,где зквипотенциальные поверхности практически параллельны поверхности катода, а, следовательно, становится большей фо приосевая область,где может зажигаться самостоятельный разряд. Поэтому с увеличением диаметра канала растет диаметр электронного пучка, что вриводит к уменьшению разрешающей спо собности, Дальнейшее уменьшение диа" метра разряда достигается тем, что центральная часть медного катода снабжена вставкой из алюминия, коэф" фициент ионно-электронной эмиссйикоторого при используемых ускоряющих напряжениях в пять раэ выше., чем у меди. Таким образом, эмиссия электронон под действием бомбардирующих катод ионов осуществляется преимущественно с поверхности алюминия. Задавая достаточно малый диаметр алюминиевойвставки ,1-2 мм) можно получить диаметр разряда около 1-2 мм. Применение составного катода также позволяет избавиться от разрядов при пробое,так 60 как условия для пробоя на периферии разрядного промежутка резко ухудшают. ся. Окончательная фокусировка электронного пучка осуществляется короткофокусной магнитной линзой, которая 45 . конструктивно совмещена с системой прокачки газа, призванной поддерживать давление н разрядном устройстве вне зависимости от давления в исследуемом пространстве.Система прокачки позволяет проводить исследование газовых струй в широком диапазоне давлений н исследуеЪ-3 мом пространстве (10 -10 мм рт.ст.), Магнитная линза обеспечивает высокую разрешающую способность (1-2 мм на расстоянии до 50 см), Конструктивно совмещение системы прокачки с магнит,ной линзой уменьшает габариты пушкиПредлагаемая электронная газоразрядная пушка обладает преимуществами электронных пушек на тлеющем разряде и пушек с термокатодом и позволяет получать практически параллельный пучок, обеспечивая высокую разрешающую способность (1-2 мм).Как показывают испытания, предлагаемая схема гарантируетпродолжительную эксплуатацию и надежность н работе (пушка может работать без смены катода н течение года) .требует только форвакуумную откачку разрядного промежутка. КПД данной электронной пушки достигает 70, что значительно выше, чем у известнойТаким образом, реализация предлагаемого решения позволяет значительно повысить не только разрешающую способность, но и остальные технические характеристики пушки.Формула изобретения1. Электронная газоразрядная пушка, содержащая .холодный катод и соосный ему анод с отверстием для вывода пучка, образующие разрядный промежуток, систему подачи рабочего газа н разрядный промежуток и фокусирующее устройство, о т л и ч а ющ а я с,я тем, жто, с целью повышения раэрЕшающей способности пушки при диагностике газов за счет уменьшения расходимости и диаметра электронного пучка, катод выполнен со вставкой иэ материала с большим, чем у материала катода, коэффициентом ионно-электронной эмиссии, расположенной по оси катода и выходящей на его рабочую поверхность, указанная поверхность катода выполнена плоской, а анод - с по;:остью со стороны разрядного промежутка, сообщающейся с отверстием для вывода пучка.2.Пушка по п.1, о т л и ч а ю щ ая с я тем,что упомянутая полость выполнена цилиндрической и соосной отверс" тию для вывода пучка, причем отношение диаметра полости к диаметру катода составляет 0,3-0,5, а отношение диаметра полости к высоте разрядногд ого, промежутка составляет 0,8-1,2.799046 СоставитеЛь В. КимРедактор В.Жиленко Техред А,вабинец Корректор М.Кос э 10083/78 Тираж 795 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/Проектная, 4 иал ППП фПатент, г, Ужгород,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Косинов В.А, и др. Экспериментальная техника электронно лучевых методов диагностики. -Сб. фЭкспериментальные методы в динамике разряженных газов, Новосибирск, 1974.2. Авторское свидетельство СССР М 177553, кл, Н 01 У 37/06, 1963 (прототий).