Источник электронов со взрывным катодом

.М. ЧесноковатмосферыАН СССР ия.8)и др.энергиейт. 1,пульс Дж.10 пд Р.А, Мевче е 1 есСоп деав 9 а о 1 СЬе 1 пС пГегепсе оп е СеоЬпо 1 оКу.гпаесВгоп очещ- Иецч 52 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ВТОРСИОМЪ(СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт оптиСибирского отделен(56) 1. Бугаев С.Нный СО - лазер сВПисьма в ЖТФ, 1975с. 492,2. С.Н, ЬоЬа цНереСъче 1 у рц 1 яеЬга 11 оп. РгосееЬп11 оив ор 1 са 1 соЬеаа геееагсЬ апЬде г 3-6, 1975, А 1 Ьхсо, по 1 11, р. 2(54) (57) ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ СО ВЗРЫВНЫМ КАТОДОМ, содержащий катод, фокусирующий электрод и находящиеся под потенциалом земли анод и вакуумную камеру, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения длительности генерируемых электронных пучков, упрощения конструкции источника и схемы питания, фокусирую щий электрод выполнен в виде сосуда с отверстием, в которое углублен анод, катод расположен внутри фокусирующего электрода, имеет электрический контакт с последним и удален от анода на расстояние, квадрат которого не меньше площади эффективной собирающей электронной поверхности анода.Изобретение относится к техникегенерирования электронных пучков.Оно может быть использовано в лазерной ускорительной технике, в плазмохимии и других областях науки и техники, в пищевой промышленности.Известны источники электронов,совзрывным катодом 1, .содержащие катод, анод. Электроны вытягиваютсяиз катодной плазмы, образованнойвзрывным разрушением микроострий 1 Опри перегреве их автоэмиссионным током, и ускоряются приложенным напря-,жением до тех пор, пока переднийфронт плазмы не достигнет анода.Один иэ основных недостатков известных источников состоит в том,что длительность генерируемых пучков ограничивается заполнением вакуумного промежутка плотной плазмой,распространяющейся от катода к аноду со скоростью (1.,5-3) 10 ф см/с.Кроме того, эффективность таких источников.невысока (5-10) . Это обусловлено тем, что стенки вакуумнойкамеры в них имеют потенциал анода,в результате на .стенках теряетсязначительная часть эмиттируемыхиэ катодной плазмы электронов.Известен источник электронов совзрывным катодом 23, содержащийкатод, фокусирующий электрод и нахо дящиеся под потенциалом земли анод и вакуумную камеру, Фокусирующий электрод выполнен в виде двух цилиндров, удаленных друг от друга на расстояние, меньшее размера проме жутка анод-катод, и изолированных от всех элементов источника. Эти цилиндры расположены между катодом и анодом, а их оси перпендикулярны нормали к плоскости катода. Потенциал 40 на. Фокусирующем электроде задается от дополнительной электрической цепи.В этом источнике при.расстоянии анод-катод 150 мм, расстоянии катод фокусирующий электрод 70 мм, расстоянии между цилиндрами 80 мм получен пучок со следующими параметрами: плотность тока 30 мА/см , энергияФ.пучка 225 кэВ, длительность 10 мс. Таким образом, введение фокусирую- щего электрода позволяет значительно увеличить длительность генерируемого пучка.Для получения необходимой эффективности и длительности генерируе мого пучка расстояние между цилиндрами Фокусирующего электрода взято довольно малым, что сильно ослабляет напряженность поля у катода, делает ее недостаточной для возбужде ния взрывной эмиссии лишь подачей напряжения на промежуток :анод-кат од и вызывает необходимость исполь"ю еэ ования дополнительного поджигающа импульса. Вследствие этого схема питания источника усложняется введением дополнительной электрическойцепи, с помощью которой для возбуждениявзрывной эмиссии фокусирующийэлектрод подцерживается вначале подпотенциалом земли, а после образования катодной плазмы принимает потенциал, необходимый для Фокусиров-,ки,Кроме того, для подвода питанияфокусирующего электрода от дополнительной цепи в источник введены двапроходных изолятора (помимо проходного изолятора в катодном узле), чтозначительно усложняет конструкциюисточника.Существенным недостатком является то, что фокусирующий электрод занимает лишь часть промежутка анодкатод и поэтому не устраняет полностью влияния стенок камеры натокоотбор. Это затрудняет генерированиеэлектронных пучков длительностьюл 10 мс и более, приводит к потеречасти электронного тока на стенкахкамеры (часть его также теряется насопротивлении, включенном в цепьпитания фокусирующего эЛектрода).Поэтому эффективность описанногоисточника составляет лишь 50,Цель изобретения - увеличениедлительности генерирования электронных пучков, упрощение схемы питания и конструкции источника.Цель достигается тем, что Фоку-,сирующий электрод выполнен в видесосуда с отверстием, в которое углублен анод; катод расположен внут;ри Фокусирующего электрода, имеетэлектрический контакт с последними удален от анода на расстояние,квадрат которого не меньше площадисобирающей электронной поверхностианода,На фиг. 1 показан предложенныйисточник электронов со взрывнымкатодом, разрез; на Фиг. 2 приведены зависимости д/с от д для разных, где д - зазор анод-катод;время коммутации; 5 - площадь собирающей электронной поверхности анода; на фиг. 3 - (а, б) - осциллограм.ьы электронного тока и напряженияна промежуткеИсточник электронов со взрывнымкатодом содержит находящиеся под потенциалом земли вакуумную камеру 1и анод 2, а также Фокусирующий электрод 3 и катод 4,Фокусирующий электрод предназначен для Фокусировки электронного пучка и устранения влияния стенок камеры на токоотбор. Он выполнен в виде цилиндрического сосуда с пло-. щадью поперечного сечения внутренней полости 70000 ммф. Сосуд имеет отверстие диаметром 280 мм, черезкоторое на 30 мм вглубь сосуда проходит анод 2, Анод выполнен в видецилиндрического сосуда с фланцем,которым он прикреплен к камере 1источника, Со стороны катода 4 анодограничен титановой фольгой, служащей окном 7 для вывода электронов.Площадь эффективной собирающей электронной поверхности анода равна 6300 мм,Фокусирующий электрод 3 крепится 10к секционированному проходному изо.лятору 5, помещенному в алюминиевыйстакан 6 высоковольтного ввода. Изолятор имеет отверстие для подачивысокого напряжения в промежуток катод-анод. Катод 4 расположен внутрифокусирующего электрода напротиванода, имеет электрический контактс. электродом и удален от поверхностианода на расстояние О, квадрат которого не меньше площади эффективнойсобирающей электронной поверхностианода (О 14 см).При подаче на катод 4 напряжения,достаточного для возбуждения взрывной эмиссии, на катоде создаетсяплазма. Электроны вытягиваются с периферийных областей катодной плазмы, ускоряются приложенным напряжением и извлекаются через фольговоеокно. Таким образом, с момента появления плазмы на катоде начинается.импульс электронного тока, которыйоканчивается в момент перехода разряда в низковольтную стадию. Это время близко к времени коммутации и определяется соотношениемдкгде д - величина зазора анод-катод; 40Ч - скорость распространенияйлплазмы.На фиг. 2 приведены зависимостиОот д для разных площадей поперечного сечения анода 5:кривая 7 для 5=102400 ммф, кривая 8 - для 5=300 ммф, кривая 9 - для 5=700 мм, кривая 10 - для 5=280 мм, полученные при наличии и отсутствии Фоку О сирующего электрода. Видно, что в случае большой площади анода и отсутствия Фокусирующего электрода. (кривая 7) с увеличением д соотношение несколько растет, при 55Оквведении же фокусирующего электрода описанной конфигурации с увеличением д до величины дай величинаОкрезко падает от: 2 10 до 4 10 см/с6 5(кривые 8, 9, 10). Поэтому в предложенном источнике электронов длявыбора размера анода используетсяусловие 5 сд,При лабораторных исследованияхисточника электронов со взрывнымкатодом был получен пучок со следующими параметрами: ток пучка200 А., энергия 200 кэВ, длительность генерируемого пучка 30 мс,причем это время ограйичено неперемыканием промежутка плазмой,а разрядом ГИН. Осциллограммы токапучка и напряжения на промежуткеанод-катод приведены на Фиг, 3 (а,б).В предложенном источнике электронов путем увеличения емкости ГИНи подбора наиболее оптимальных размеров Фокусирующего электрода можно еще более увеличить длительностьгенерируемого пучка.Использование анода с площадью поперечного сечения, меньшей квадрата зазора анод-катод (5 СО ), определяет следующие существенные преимущества источника по сравнению с прототипом:1, Использование одного проход" ного изолятора вместо трех в прототипе, что упрощает конструкцию источника.2. Упрощение схем питания за счет исключения электрической цепи питания фокусирующего электрода.3. Увеличение длительности генерируемого пучка до 30 мс (10 мс в прототипе) при напряжении питания 200 кВ (ток пучка 200 А),4. Повышение эффективности источника электронов путем исключения потери электронов на стенках камеры.Применение предложенных источников для накачки газовых лазеров позволяет значительно повысить КПД последних. Применение источника электронов в пищевой промышленности для стерилизации пищевых продуктов зна" чительно улучшает качество стерилизации, Источники электронных пучков большой длительности могут найти широкое применение в других областях науки и техники и различных отраслях промышленности,602041 20 Фиа 2 едактор П. Горькова Техред Ж.Кастелевич Корректор кф ППЦ "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 8022/2 Тираж 703 ПоВНИИПИ Государственного комитепо делам иэобретений и откр 113035, Москва, Ж, Рауиская н писноеа СССРтий