Электронная пушка

(51) Н 01 Л 13 02 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМ ци нь .со на по в облас ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(21) 2220605/18-21 (22) 08.06, 77 (46) 07.01.85. Бюл. Иф 1 (72) И.М. Блейвас, И.И. Галицкая, С.А. Зусмановский, К.Г. Симонов и Д.С. Трещикова (53) 621.385.6(088.8) (56) 1. Патент США Р 3956712,. кл. 331-94, опублик 1976.2. Патент США В 3863163,кл.328-233, :опублик, 1975 (прототип ). (54)(57) 1. ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА, форми. рующая электронный поток прямоугольной формы, содержащая по крайней мере одну электронно-оптическую систему, состоящую из катодного узла и по крайней мере одного формирующего электрода, анод и прозрачное для электронов окно-мишень прямоугольной формы, отличающаяся тем, что, с целью увеличения поперечного сечения луча ти окна-мишениХ за счет формирования расходящегося электронного потока, упрощения .кон- струкции и, увеличения электрйческой . прочности, каждая электронно-оптичес. кая система содержит один формирующий электрод, выполненный в виде линдра с круглым отверстием, соосм катодному узлу, катодный узел стоит из цилиндрического катодаплоской торцовой .эмиттирующейверхности которого расположена теневая маска, выпонненная.в форме симметричного восьмиугольника, вершины которого совпадают с вершинами двух квадратов, вписанных. в концентрические окружности разных радиусов. Я2. Электронная пушка по п.1, о т" л и ч а ю щ а я с я тем, что она содержит по крайней мере две элект- Сф р онно-оптические системы расстояние,1 между осями которых равно; стороне прямоугольника окна-мишени,ВИзобретение касается электронныхпушек, в частности электронных пушек, обеспечивающих вывод электронного потока из вакуумной области вгазовую среду, и предназначено дляцелей квантовой электроники.Изобретение может быть также использовано в плазмохимии, для создания мощных коммутаторов в электронной литографии, для технологичес- .1 Оких задач: сушки изделий при комнатной температуре за счет поглощенияэнергии в тонком поверхностном слое,обработки полиэтилена и эпоксидныхсмол, стерилизации продуктов в 15пищевой промышленности и материаловв медицине.Основным назначением предлагаемой электронной пушки является возбуждение лазеров с помощью электронного потока, выходящего из вакуумной области формирования черезпрозрачное для электронов окно влазерную кювету.Дляпреционизации активной среды 25в электроионизационных лазерах используют блок электронных пушек,(модулей) вместо одной электроннойпушки, что особенно целесообразнопри создании широких пучков электронов с апертурой 1 м и более, которые необходимы для мощных и сверхмощных лазеров.Известны конструкции электронныхпушей для лазеров, на выходе из окнакоторых создается широкий электронный поток прямоугольного сечения сравномерным распределением электронов,по плотности 1. Катодные узлытаких пушек, как правило, составлены из множества отдельных катодов,объединенных в общей вакуумной камере,Недостатком таких конструкций являются ограниченные размеры поперечного сечения электронного потока.Известна электронная пушка, формирующая электронный поток прямоугольной формы, содержащая по крайнеймере одну электронно-оптическуюсистему, состоящую из катодного узлаи по крайней мере одного формирующегоэлектрода, анод и прозрачное дляэлектронов окно-мишень прямоугольной Формы ЯЭлектроны, эмиттируемые каждойэлектронно-оптической системой, дви-.жутся к выходному окну по парал Недостатком этой пушки является также очень сложная конструкция, которая составлена 80 катодами и несколькими стенками (управляющей, Фокусирующей, экранной), причем первая управляющая сетка имеет полуцилиндрическую форму и устанавливается соосно с катодом, а другие располагаются либо в промежутках между катодами, либо между катодами и выходным окном. Последние имеют длину до 1 м и в динамическом режиме провисают, что приводит к искажению траекторий электронов. К стенкам приложены напряжения от дополнительных источников питания, которые должны иметь повышенную стабильность. Подвод питания и сборка всех элементов конструкции, которая должна быть проведена с высокой точностью, требуют специальных приспособлений и довольно трудоемки. Недостатком описанной электронной пушки является также низкая электрическая прочность промежутка между катодом и выходным окном (анодом) в вакууме, обусловленная небольшой длиной промежутка, большой площадью электродов и их конфигураций. Возникающие пробои недопустимы, так как они нарушают режим работы, лазера, и, кроме того, способны вывести пушку из строя из-за разрушения тонкой фольги выходного окна. Расстояние между катодом и выходным окном в такой пушке ограничено условиями фокуси 55 лельным траекториям, и электронныйпоток в промежутке между катодом ианодом не расширяется, Таким образом,проекция пучка электронов на выходном окне в такой пушке соответствуетразмерам катодного узла. Расстоянияот границ пучка до стенок корпуса вплоскости выходного с.на определенытребованиями электрической прочности и при высоких рабочих напряженияхпушки (выше 200 кВ) составляет неменее 40-50 мм, Следовательно, большая поверхность между границами пучка и стенками прибора не облучаетсяэлектронами, что является препятст -вием для использования указаннойпушки в блочной конструкции. Электронный поток, создаваемый несколькими такими пушками, плотно приставленными одна к другой, имеет большиеразрывы, что является весьма критичным для лазерной генерации.3 1080671 4 ровки параллельных потоков от каждо- ведены на фиг. 5-8. Р азличным формамго отдельного катода. маски 6,7,8,9 на катоде соответствуЦелью изобретения является увеличение поперечного сечения луча 12, 13 в плоскости мишени. Квадратв области окна-мишени а ср ания расходящегося электронногоовза счет форми ное поперечное сечение электронн гпотока на мишени обеспечивается маспотока, упрощение конструкции и уве- кой 7 в форме восьмиугольника верФ личение электрическои прочности шины которого совпадают с вершинамисистемы, двух квадратов, вписанных в концентЦель достигается тем, что в элект рические окружности различного радиу"чроннои пушке, формирующей электрон- са и смещенных друг относительно друный поток прямоугольной формы, содер- га на 45жащеи по краинеи мере одну электронно- В частном случае, для конкретнойоптическую систему, состоящую из ка- электронной пушки (при заданных растодного узла и по крайней мере одно стоянии катод-мишень Ь радиусе каЭго формирующего электрода, анод и тода К и размере мишени Х )соотпрозрачное для электронов окно-мишень ношение радиусов концентрических окпрямоугольной формы, каждая электрон- ружностей р) составляет 0,84.но-оптическая система со еод ржит один Предлагаемая электронная пушка формирующий электрод, выполненный . 20 формирует расходящийся электронныйв виде цилиндра с круглым отверстием, поток с квадратным поперечным сечесоосным като но злд му у у, катоднья нием в плоскости выходного окна, узел состоит из ицил ндрического равным квадратному выходу окну. Прикатода, на плоской торцовой эмитти- этом прозрачное для электронов окно рующей поверхности которого располо занимает почти всю площадь стенки жена теневая маска выв полненная в прямоугольного корпуса, противо- форме симмметричного восьмиугольни- лежащей кй катоду, за исключением тонка, вершины кото ого совп ар падают с вер- ких буртиков, предназначенных для шинами двух квадратов, вписанных в сварки окна с корпусом. Такая конконцентрические ок ностируж о т разныхструкция допускает одновременную радиусов. В частности, пушка может работу нескольких приборов, скомпа,содержать по крайней мере две элект. - кованных в блоки, что является ронно-оптические системымы, расстоя одним из основных преимуществ поние м ежду осями которых равно сторо- сравнению с известными конструкция"35не прямоугольника окна-мишени. ми. Поток электрон яэлектронов, создаваемыйек, не имеет разрыНа фиг. 1-4 изображена предложен блоком таких пушек не ная пушка, различные сечения наУ вов вследствие его расходимости,фиг. 5-8. представлены еэ льр у ьтаты обеспечивая возбуждение однородногочисленных расчетов при различных разряда в лазерной камере. формах маски катода" на фиг. д 8д ", фиг. б, 8 - Пушка имеет очень простую и напоперечные сечения электронного дежную конструкцию с одним катодом потока в плоскости мишени с различ-и формирующим электродом, которыеными формами маски на катоде, где находятся на одной оси с.центромобозначены и есцилиндр ч кий катод 1, мишени. Сборка, откачка электроннойтеневая маска 2, фокусирующий пушки не требуют сложных приспособэлектрод 3, корпус 4 и окно"мишень 5.лений и осуществляется на стандартПрямоугольный корпус 4 квадрат- ном оборудовании.ного сечения служит одновременноДостоинство пушки состоит такжеанодом, Стенка корпуса, Расположен- в том, что при такой конструкции разная напротив катода 11 содержит про- меры высоковольтных промежутков не зрачное для электронов .окно-мишень о имеют строгих ограничений и могут 5 квадРатной формы, На эмиттирующую быть созданы запасы по электрической поверхность катода 1 нанесена теие- прочности, что является условием вая маска 2, имеющая форму восьми- надежной работы прибора. Питание угсбтьника. пушки осуществляется от одногоисточ 55 мика и не требует дополнительных.Оптимальность предложенной формы . Модификацией описанного прибора теневой маски подтверждена числен-является электронная пушкакоторая ными расчетами на ЭВМ, которые при- содержит два цилиндрических катода1080 б 71 А-М в-в с формирующим электродом, объединенных в общем прямоугольном корпусе.Расстояние между центрами катодов . равняется размеру квадратной мишени, что обеспечивает однородность электронного потока на вьжоде из окнаТаким образом, предложенная электронная пушка простой и надежной конструкции создает расходящийся электронный поток прямоугольной формы, чгодопускает компановку приборов в бло- .ки. Компануя электронные пушки предложенной конструкции различным образом можно создавать электронныепотоки необходимой формы и площадипоперечного сечения без проведенияспециальной разработки электронныхпушек в каждом отдельном случае.11080671 оррек ехред С.Ле актор О. Орко оль Тираж 679 ВНИИПИ Государственйог по делам изобретений 13035, Москва, Ж, РаушЗаказ 15 о д, 4/ кая на иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна Ма Хм 08 аФ987 Подпикомитета СССРоткрытий