Способ получения электронной эмиссии

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик/30 /02 явки Ио с присоеди (23) Приор ени 0101 7 рственный комитетСССРлам изобретенийи открытий тень Йо 15 бли 3.0 4.8 1, Бюл а 53) УДН 6) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОННО ЭМИССИИ остаточн остью ме став- едлалено угаемвйУ катода 1точника постгенератора ний - 2, созда ле, напряженно при помощи, например оянного напряжения импульсных напряжеется электрическое пость которого недостаИзобретение относится к элект-роннои технике, в частности к спосо.бам получения электронной эмиссии споверхности катодов,Известны способы получения электронной эмиссии с поверхности катодов,заключающиеся в создании у катодапостоянного электрического поля 1Недостатком известного способаявляется то, что плотность отбирае=мого с катода электронного тока ограничена сверху некоторым предельным значением, зависящим от вещества катода.Известен также способ полученияэлектронной эмиссии с поверхностихолодных катодов (жидкостных илитвердотелых) в которых для увеличения плотности отбираемого с катодатока и уменьшения его длительности 20у катода создается импульсное электрическое поле, причем длительностьимпульса составляет 1 нсвт.Такой способ довольно легко осу-,ществим , однако дальнейшее повышение плотности отбираемого с катодаимпульсного тока и уменьшение егодлительности невозможно, посколькуизвестным способом не удается создать у поверхности катода импульс" ЗО ное электрическое поле д ой напряженности и длительннее - 0,5 нг.Цель изобретения - Уменьшение длительности импульсов тока авто- электронной эмиссии и повышение пло ности тока с поверхности катода.Поставленная цель достигается те что в процессЕ воздействия на катод электрическим полем по касательной эмиттирующей поверхности, на катод направляют поток электромагнитного излучения, причем величина напряженности электрического. поля и мощность излучения выбираются таким образом, чтобы электрическое поле совместно с электрической составляю щей излучения превышало 3 10 тВ/см, длитеЛьность излучения составляет менее 10 с, а частотный диапазон выбира о до инфракНа ред ют.от ультрафиолетовограсного.чертеже схематически пстройство, реализующееспособ.16 ЛХБс 40 где с - скорость света в вакууме.Если длина волны лазерного излучения Л, то предельный (минимальный) диаметр б фокусировки составляет1,22 А . Ограничинаясь диаметром а. = 2 Л, получаем для минимальной мощности лазерного импульса И ,следующее выражение . ъ 4 улс р лспоВЯ .671 иихф 4 50 Для Л= 1 мкм Ю ,1 =0,75 10 Дж/с=750 Вт. Для Х = 10 мкм Б=0,75 10 Вт.Необходимо также, чтобы ток термоэмиссии был меньше автоэмиссионного тока, Считая что ток термоэмиссии мал при изменении температуры катода на дТ м 10 К, можно опредеЬ олить. предельно допустимую .энергию импульсаГлубина проникновения 60 температурного фронта в катод в и Мф точна для того, чтобы возбудить про-. цесс автоэлектронной эмиссии с поверхности катода; В процессе воздей стния на катод 1 электрическим полем по касательной к эммитирующей поверхности катода воздействуют дополнительно потоком 3 электромагнит 5 ного излучения, частотный диапазон которого выбирают от ультрафиолетового до инфракрасного с последующим регулированием диапазона, названного потока излучения в функции тока эмиссии. Дополнительный поток электромагнитного излучения получается от блока 4, н качестве которого может, например, служить оптический квантовый генератор (ОКГ). Напря женность электрического поля потока 3 электромагнитного излучения и напряженность электрического поля, создаваемого у поверхности катода 1 источником 2, подбираются таким обра зом, чтобы суммарная напряженность электрического поля у катода 1 яла достаточной для возбуждения заметной автоелектронйой эмиссии, т.е, составляла не менее 3 10 В/см, Тогда в направлении 5 с катода испускаются.автоэлектроны.Для получения автоэлектронной эмиссии только в поле дополнительного излучения, например, в поле световой волны ОКГ, необходима напряженмость электрического поля в световой волне Еъ,3 10 В/см. Для лазерного импульса с энергией И дли, тельностью 1, сфокусированного на площадь Я (диаметр поперечного сечения потока излучения), справедливо выражение-це Х - коэффициент теплопроводности вецества катода;С - теплоемкость катода припостоянной температуре.Прогенаемый объем катода Ч ".Б д=б 1(ф . Необходимое для этого количеГтво тепла Ц = С ьТ Ч, где Я - плотность материала. Исходя из условия, что Ц = КИ, где К - коэффициент отражения, получаем2Сд 1 В фт В С. 6 ЛОтсюда можно найти энергию импульса дополнительного электромагнитного излучения Иа также необходимую длительностьимпульса16 ЛС йТ Лйс Е /ж(С,Из последнего выражения получаемдлительность импульса 1: 1010 "с,которая не занисит от В и 1., а также определяем ИК = 7,5 10" 7,5 10 Дж (Л.= 1 мкм)К = 7,5. 10 7,5 10Дж (А=10 мкм)Лазеры с такими параметрами импульсовизлучения уже применяются н науке итехнике.Таким образом, проведенные расчеты показывают, что даже если электрическое поле, создаваемое источником 2 у катода стремится к нулю, засчет поля дополнительного излучениявозможно получение антоэлектронноготока. Если же, поле создаваемое источником 2, больше нуля, то условиядля возбуждения процесса автоэлектроннои эмиссии с катода облегчаются. Взависимости от тока эмиссии можнорегулировать диапазон дополнительного потока излучения,Предлагаемый способ реализуетсяследующим образом. Источник чапряжения создает на поверхности катодаэлектрическое поле, постоянное илиимпульсное, определенной величины.Эт этого источника запускается оптический квантовый генератор. Моментзапуска выбирается таким образом,чтобы лазер генерировал дополнительное излучение в момент достижениямаксимума электрического поля на катоде.Поскольку плотность тока автоэлектронной эмиссии, отбираемого споверхности катода, увеличивается суменьшением длительности нрикладываемого к катоду максимального электрического поля, которое не приводит кего разрушению, в настоящее время824336 Формула изобретения ВНИИПИ Заказ 2137/78 Тираж 784 Подписно1 илиал ППП "Патент", г.ужгород, Ул ектная,.уществуьт лазеры, дающие потоки излучения длительностью 10 с.Один из конструктивных вариантов устройства для реализации предлагаемого способа получения электронной эмиссии предусматривает выполнение катода в виде вольфрамового острия с радиусом закругления вершины0,1 мкм. Катод закреплен на вольфрамовой дужке, диаметр вольфрамовой проволоки, из.которой изготовлена дужка, составляет 01 мм, Радиус дуж ки примерно 0,5 см. Дужка в.свою очередь закреплена на молибденовых вводах, диаметр которых 0,8 мм и расстояние между ними 1 см. Напротив катода закреплен анод, выполненный 15 из никелевой пластины толщиной 0,1 мм. Катод и анод, расстояние между которыми 2 см, закреплены в вакуумированном стеклянном сосуде с плоскопараллельными окнами. Вакуум в . 20 сосуде 1 0 З Тор. От блока формирования электрического поля осуществляется прогрев катода переменным током. (до 2 А в течение нескольких секунд) для его очистки от адсорбированных . р 5 примесей. Блок вырабатывает также высоковольтные импульсы напряжения наносекундной длительности и положительной полярности, которые подаются на анод. Конструкции этого блока могут быть самыми различными.От блока подаются синхронизирующие импульсы наоптический квантовый генератор, в качестве, которого использован промышленный лазер ИТ, длина волны излучения которого А= 1,06 мм, а длительность импульса 10 1 ос, с обострителем-разрядником с лазерным поджигом и ячейкой Керра.Лазер установлен таким образом, чтобы направление его излучения было 40 перпендикулярно поверхности плоско- параллельных окон и направлено по касательной к вершине катода.Предлагаемый способ позволяет создавать очень короткие импульсы 45 тока автоэлектронной эмиссии высо-.кои плотности со стабильными параметрами.Такие электронные пучки в настоящее время требуются для решениянаучно-технических задач, имеющих болысое народнохозяйственное значение,Например, при их помощи можно получать очень короткие импульсырентгеновского излучения, что позволяет осуществить с высоким разрешением рентгенографию быстропротекающих процессов, проводить дефектоскопию различных иэделий и т.д. Короткие сильноточные электронные пучки требуются также для возбужденияСВЧ - резонаторов, что позволит;создать на их основе мощные источники радиоизлучения, необходимые, нанапример, для дальнейшей космической связи. Такие пучки можно использовать также в различных технологических операциях, например, для обработки различных материалов и т.п. Способ получения электронной эмиссии с поверхности холодных катодов путем создания у катодов импульсного электрического поля, о т л и ч а ю ц и й с я тем, что, с целью уменьшения длительности импульсов автоэлектронного тока и повышения плотности. тока с катодов, в процессе воздействия на катод электрическим полем по касательной к эммитирующей поверхности, на катод направляют поток электромагнитного излучения, причем величина напряженности электрического поля и мощность излучения выбираются таким сбразом, чтобы электрическое поле совместно с электрической составляющей излучения превышало 3 10 В/см, длительность излучения составляет менее 10 ос а/ частотный диапазон выбирают от ультрафиолетового до инфракрасного. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Елинсон М.И. и Васильев Г.ф.АвтоэлЕктронная эмиссия. М., Госу,"дарственное издательство физико-математической литературы, 1958, с,63.2. Фурсей Г.Н., Жуков В.М. Экспериментальное исследование вакуумавзрывной эмиссии. Журнал техническойфизики, т.46, 1976, с. 310 (прототип),