Катод со взрывной эмиссией

, РЕСПУБЛИК 80976804 З 1) Н 01 Л 1/30 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:н двтоескомм свидвтепьствы ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Объединенный институт ядерных исследований(56) 1. Месяц Г,А, Генерирование мощных наносекундных импульсов.М., "Советское Радио", 1974, с. 204.2. Смирнов В.А. Получение сильно- точных пучков электронов. "Приборы и техника эксперимента", В 2, 1977, с. 21 (прототип).(54)(57) 1. КАТОД СО ВЗРЫВНОЙ ЭМИССИЕЙ для электронных приборов, состоящий из металлической подложки и инициатора взрывной эмиссии, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения токоотбора электронов, между металлической подложкой и инициатором взрывной эмиссии установлена вставка из проводящего материала с коэффициентом газовыделений И = 0,01-5 см г , а инициатор-1взрывной эмиссии выполнен в виде металлической или диэлектрической мелкоструктурной сетки с коэфффициентом прозрачности от 5 до 903.2, Катод по п, 1, о т л и ч аю щ и й с я тем,что в качестве сетки использован ядерный фильтр,2. Катод по н. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что вставка выполнена из графита.4. Катод по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что вставка выполнена из меди.968Усгеройство относится к областиСильноточной электроники, Оно можетнайти применение в электронных прибо.рах ускорительной, лазерной техники,и термоядерных исследованиях.Известен катод со взрывной эмисСией Щ для электронных устройств,содержащий металлическую подложкуи инициатор взрывной эмиссии, который выполнен ввиде металлическогоцилиндрического электрода, При этомконструктивно металлическая подложка и цилиндрические электрод могутпредставлять единую деталь,Недостаток этого устройства состоит в малой величине токоотбора припитающих напряжениях 100-300 кВ.В данном случае генератор импульсного напряжения для питания электронных устройств выполнен без примене ния низкоимпендансяых формирующихлиний. Малая величина токоотбора объясняется эффектом экранировки, кото-рый состоит в снижении на катодеэлектрического яоля объемным зарядомэлектронов в районе первичного центра взрывной эмиссии.Известен также катод со взрывнойэмиссией для электронныхустройств,состоящий из металлической подложкии инициатора взрывной эмиссии, выполненного в виде слоя акводага или графитовой вставки Г 21.Недостаток этих катодов состоиттакже в малой величине токоотбораэлектронов при тех параметрах импуль-З 5сов напряжения. Катодная плазма носит миогофакельный характер, что прнвОдит к уменьшению площади эмиттирующей поверхности по сравнению с площадью катода и уменьшению токоотбора40электронов. Цель изобретения - увеличение токоотбора электронов.Это достигается тем, что в катоде 15 со взрывной эмиссией, состоящим из металлической подложки и инициатора взрывной эмиссии, между металлической подложкой и инициатором взрывной эмис сии установлена вставка из проводя щего материала с коэффициентом газо- выделений К= 0,01-5 см г ", а инициатор взрывной эмиссии выполнен в виде металлической или диэлектрической мелкоструктурной сетки с коэффи- И циентом прозрачности от 5 до 907.В качестве диэлектрической сетки может быть использован ядерный фильтр. 04 2 Вставка из проводящего материаламожет быть из графита или из меди.Выбор интервала величины коэффициента газовыделений вставки нз проводящего материала определяется условиями формирования однородной плазмы,которые рассчитывают по уравнению кинетики накопления ионов и электроновв плазме прн ионнзации молекул выделяющихся,газов н испаряющегося вещества электронами автоэмнссни и определяют экспериментально по пороговым усЛовиям формирования однороднойплазмы фоторегистрнрующей установкис наносекундным временным разрешением н коллекторами. При К с 0,01 см гсозданная плазма неоднородна по поперечному сечению, а прн 15 см, гхарактер катодной плазмы носит характер дугового разряда. К материалам с таким коэффициентом газовыделений относятся графит, медь отожженная в атмосфере водорода и др. Толщина вставки может составлять 0,1-10 мм.Инициатор взрывной эмиссии устанавливают на вставку из проводящего.материалан закрепляют механически,Прозрачность инициатора определяюттакже условиями оптимального формирования равномерной катодной плазмыи временем задержки тока относитель.но напряжения на электронном устройстве. Минимальная величина К равная 57., определяет условия формирования однородной плазмы и величинумаксимальной задержкИ, а максимальная величина - условия формированияоднородной плазмы,На фиг. 1 приведена зависимостьвремени задержки тока относительнонапряжения от коэффициента прозрачности инициатора взрывной эмиссиив виде металлической сетки (кривая 1)и ядерного фильтра (кривая 2). Нафиг. 2 - вольтамперная характеристика (ВАХ) диода с предлагаемым катодом, в котором инициатор взрывнойэмиссии выполнен в виде металлической сетки (кривая 3), и в виде ядерного фильтра (кривая 4). Площадькатода составляетсм. В этих образцах металлическая сетка легкозаменяется на ядерный фильтр. Длясравнения приведена вольтампернаяхарактеристика диода с катодом, который взят за прототип (кривая 5)Рассмотрение этих кривых показывает,что в диоде с предложенным катодомпри равенстве всех геометрических9768 3механических параметров токоотборэлектронов увеличен примерно в2-3 раза.В качестве материала металлической мелкоструктурной сетки могутбыть использованй нержавеющая сталь,вольфрам и другие металлы. Используемый в качестве диэлектрической сетки ядерный фильтр изготавливаетсяиз майларовой пленки толщиной 1030 мкм при облучении ее ионами аргона высоких энергией с последующимтехнологическим травлением. Диаметротверстий в фильтре лежит в интервале О, 1-10 мкм. Прозрачность фильтра) 5 Х.Опытные образцы предлагаемого катода были изготовлены следующим образом. При этом в металлическую подложку из латуни зарессовывался гра Офит толщиной 2-10 мм, выполняющийроль вставки из проводящего материалаНа него укладывалась металлическаясетка из нержавеющей стали с коэффициентом прозрачности 703 и диаметромпроволочек 0,3 мм имеханически прижималась к инициатору взрывной эмиссии,Устройство работает следующим образом.При подаче напряжения на катоди анод электронного устройства, например диода, на поверхности инициатора взрывной эмиссии образуетсякатодная плазма, являющаяся эмитте:ром электронов. Процесс образованияплазмы состоит из трех стадий. В первой стадии происходит разогрев тонко, го слоя вставки из проводящего матери.ала,.прилегающего к инициатору взрывной эмиссии за счет протекания автоэлектронного тока. Например, длявставки из Графита и инициатора взрывной эмиссии в виде металлической мелкоструктурной сетки слой толщиной4520 мкм и диаметром 20 мм разогревается за первые 10 нм, как показываютрасчеты, до температуры ,170 С приплотности тока автоэлектроновь 30 Асмф . Вторая стадия характериризуется интенсивными газовыделениями. Так из графита при нагревании 04 4выделяются газы Н, СО, СО, СНм и др. Из меди, отожженной в атмосфе- ре водорода, выделяется водород. Последняя стадия характеризуется ионизацией молекул выделяющихся газов и молекул испаряющегося вещества встав. ки из проводящего материала и инициатора взрывной эмиссии. Ионизация производится электронами автоэмисии. При этом образуется плазма равномерная и однородная по поперечному сечению. Ее равномерность и однородность определяются следующими факторами: выравниванием напряженности электрического поля между катодом и анодом в электронном устрой- стве; равномерным распределением автоэлектронного тока по поперечному сечению катода; однородным разогревом тонкого слоя вставки, прилегающего к инициатору взрывной эмиссшц равномерностью газовыделений; равномерностью ионизации молекул авто- электронами.Таким образом сформированная катодная плазма имеет площадь своей эмиттирующей поверхности, равную геометрической площади катода. Это приводит к увеличению ее по сравнению с эмиттирующей плазменной областью, формируемой на катоде, который взят за прототип, в 2-3 раза. А это приводит к увеличению токоотбора электронов в 2-3 раза по сравнению с прототипом.Срок службы такого катода с инициатором взрывной эмиссии в ниде металлической мелкоструктурной сетки составляет ч 10 срабатываний, а с инициатором в виде ядерного фильтра число срабатываний несколько уменьшается из-за прогорания тонкой майларовой пленки. Однако применение ядерного фйльтра оправдывает себя тем, что упрощает технологическое изготовление диэлектрических сеток - позволяет использовать готовые сетки - ядерные фильтры.Предложенный катод позволяет форин ровать также и широкие электронные пучки за счет устранения эффекта экранировки электрического поля.укова Корректор Г. Огар ТиражНИИПИ Государствелам изобретИосква, Ж-З ПодписноеССР аказ Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 980/1 В по 13035