Металлопористый катод прямого накала

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 9) ЯО нн А Н 01115ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТЮОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Н =Н,+КВ,где Не Но К(71) Калужский филиал МВТУ им.Н.Э.Баумана(56) 1. Патент ВеликобританииУ 1011398, 1964.2. Патент США 9 3514661,кл. 313-346, 1970 (прототип),(54) (57) МЕТАЛЛОПОРИСТЫИ КАТОД ПРЯМОГО НАКАЛА, выполненный в виде спирали с токоподводами на концах, о т л и - ч а ю щ и й с я . тем, что, с целью повышения равномерности распределения температуры по длине спирали и увеличения долговечности катода в условиях воздействия виброударных нагрузок, витки спирали выполнены с сечением, возрастающим от середины спирали к ее концам в соответст вии с соотношением радиальный размер сечения витка плоскостью, перпендикулярной к оси спирали, на расстоянии 8 (мм) от середины спирали, мм;радиальный размер сечения витка плоскостью, перпендикулярной к оси спирали, в середине спирали, мм.численный козффициент, величина которого заключена в пределах5 ) 10 ЪК е 2,5 10, мм /А; суммарная плотность токов накала и эмиссии, А/мм.2Н - радиальный размер сечения евитка плоскостью, перпендикулярной к оси спирали,на расстоянии(мм) отсередины спирали мм; Но - радиальный размер сечениявитка плоскостью, перпендикулярнои к оси спиралив середине спирали, мм, К - численный коэффициент,величина которого заключена в пределах5 10 . К б 2, 5 10 , мм /А,- суммарная плотность токанакала и эмиссии, А/мм,2 где 5 С 55 Изобретение относится к конструкциям катодов прямого накала и может быть использовано при производстве электровакуумных и газоразрядных приборов различного назначения, 5Известен металлопористый катод прямого накала, выполненный в виде тонкостенного цилиндра с прорезями по образующей 1 .Известен также металлопористый О катод прямого накала, выполненный в виде спирали с токоподводами на концах. Спираль в этом катоде имеет циЛиндрическую форму с постоянным сечением витков по длине спирали 2, .15Недостатком этих катодов является то, что при их работе, например в сильноточных газоразрядных приборах, наблюдается дополнительный нагрев крайних витков разрядным то ком, приводящий к увеличению скорости испарения активного вещества и неоднородности токоотбора с поверхности катода, Кроме того, катод в виде спирали с постоянным сечением 25 и закрепленными концами обладает низкими резонансными частотами, что снижает его устойчивость к механичес. ким нагрузкам., Цель изобретения - повьпдение рав- ЗС номерности распределения температуры по длине спирали катода и увеличение его долговечности в условиях воздействия виброударных нагрузок.Указанная цель достигается тем, что в металлопористом катоде прямого накала, выполненном в виде спирали с токоподводами на концах, витки спирали выполнены с сечением, возрастающим от середины спирали к ее кон-цам в соответствии с соотношениемН,=Н,+к 1 г На фиг. 1 представлен предложенный катод, поперечный разрез, на фиг. 2 - зависимость температуры различных участков катодов известной цилиндрической и редлагаемой конструкции от величины разрядного тока при постоянном токе накала.Предложенный катод содержит эмиттирующий элемент, представляющий собой металлопористую пропитанную спираль 1 из тугоплавкого металла с токоподводами 2 на концах.Витки спирали выполнены "с сечением, возрастающим от середины спирали к ее концам в соответствии с указанным соотношением.Для обеспечения постоянной температуры по длине спирали плотность тока в любом ее сечении должнабыть постоянной, т.е. витки спирали нужно выполнить с поперечным сечением, возрастающим от середины к краям спирали пропорционально сумметока накала и тока эмиссии, проходящего через данное сечение. Исходя из этих предпосылок, формулу площади бе поперечного сечения витка, находящегося на расстоянии 1 от середины спирали и работающего при плотности токоотбораможно записатьВб = Во + К, С)гдето- площадь поперечного сечениявитка в середине катода.ФК - коэффициечт пропорциональности.Поскольку в условиях газового разряда в приборе равномерность токоотбора обеспечивается формой катода, то остается самым существенным то, каким образом произведено увеличение площади поперечного сечения по краям. Для известкойспирали с прямоугольным сечением площадь поперечного сечения витка может быть увеличена либо за счет величины сечения по радиусу, либо за счет величины сечения по образующей, Конструктивно приемлемым является только путь увеличения сечения по радиусу, так как при этом сохраняются размеры межвитковых щелей, обеспечивающих необходимое проникновение ионов рабочего газа в полость катода и компенсацию объем110192 4 4формулу (1) преобразуем в зависимость от размера сечения по радиусу ного отрицательного заряда электронов в этой полости. В противном жеслучае будет нарушено условие однородного токоотбора с эмиттирующейповерхности катода. Для равномерноготокоотбора с поверхности эмиттирующего элемента необходимо, чтобыплазма омывала" всю поверхностьс одинаковой плотностью тока. Исходяиз этого, на практике размеры по Оперечного сечения тела спиральногокатодаи щели между втиками выбираютпримерно равными. И с технологической точки зрения предпочтение следует отдать пути наращивания площадисечения по радиусу, поскольку всеуниверсальное металлорежущее оборудование при нарезании резьб сохраняетпостоянным размер шага резьСы. Изготовление из металлопористой заго- щотовки катода спирали, обладающейпеременным шагом, представляет собойчрезвычайно сложную задачу. Поэтомукак с физической, так и с технологической точек зрения целесообравен путь выполнения спирального элемента с увеличением величины сечения по радиусу. Учитывая изложенное,где Сечение ЯоПримечание, Я, Я Я и т.д. - сечения соответствующих витков спирали, 1 н- ток накала; 1 Р - ток разряда, и - число витков спирали. подводы коэффициент К должен быть уменьшен и определен теоретически для каждой конкретной конструкции, а за тем уточнен экспериментально. Нижнийпредел коэффициента пропорциональности определен экспериментально и равен25 10 мм /А для различных типоразмеров катодов. Дальнейшее уменьшение 50 коэффициента для различных типоразмеров катода не оказывает положительного эффекта на достижение поставлен" ной цели. Поэтому величина численного коэффициента К должна быть заключена 55 в пределах 510 К2,5 10 (мм/А) .Предложенный катод испытывалсяв газоразрядном приборе с аргоновымнаполнением при начальном давлении Зная плотность тока, при которой тело катода нагрето до рабочей темпеРатУРы н = 1/Я ), можно опРеделить площадь сечений Я 1, Я Яи 1, а по ней определить и значение Н. По полученной зависимости Н е от 6 строят профиль наружной поверхности цилиндрической заготов - ки, из которой вырезают спираль с переменным радиальным сечением витков по длине спирали от ее середины к концам.Расчеты показывают, что без учета теплоотвода через токоподводы коэффициент К равен 2,5 10 мм 2/А. В реальных условиях при существовании теплоотвода от спирали через токоНе = Но + К 1 (2) Н - радиальный размер сечения евитка плоскостью, перпендикулярной к оси спирали,на расстоянии (мм) отсередины спирали, мм; Но - радиальный размер сечениявитка плоскостью, перпендикулярной к оси спирали,в середине спирали, мм, К - численный коэффициент,мм /А;суммарная плотностьтоков накала иэмиссии, А/мм. Коэффициент пропорциональности К определен исходя из парамтров катода КПА по ТУ НеО 730.009, как наиболее апробированном из мощных катодов. При этом считают, что для контрольных сечений, расположенных по краям витков, отсчитанных от середины, ток распределен следующим об- разомФ 0,5 торр и напряжением накала4 В. Результаты испытаний представлены на фиг. 2, там же приведены данные для катода с постоянным по длине сечением,Из фиг. 2 видно, что у катодас постоянным сечением изменение температуры ( й Тю,более чем в 2раза,превышает аналогичную величинудля катода с переменным по длинеспирали сечением ( Е Тзьеремен.)Кривая Ф ( фиг. 2) характ ери эует ср еднийвиток спирали с постоянным сечениемвитков, а кривая Ь - крайний витокэтой спирали. Кривая С характеризует средний виток спирали с возрастающим сечением витков от серединык краям, а кривая 0 - крайний витокэтой спирали.Для серии катодов с размерами,близкими к размерам катода КПА,равномерное распределение температуры обеспечивается при коэффицйенте К 1 510 мм 2/А. Для расчетапрофиля сечения витков исходят изйлотности накального тока, при которой на данном катоде достигнута рабоыая температура. Для пористоговольфрама, пропитанного алюмосиликатом бария-кальция в количестве7-. 10 вес.7. рабочая температура%50-1150 С источника электроновдостигается при плотностях тока накала 15"17,5 А/мм. Пользуясь формулой2(2), определяют размер сечения порадиусу НЕ на различных удалениях0 от середины спирали (фиг. 1).Эксперименты показывают, что ис пользование предложенного катода прямого накала с увеличенной к концамплощадью сечения витков спиралив ионных лазерах позволяет компенсировать дополнительный разогреви не допускает перекал крайних витков катода разрядным током, посколькуплотность суммарного тока (тока накала и тока разряда) для любого сечения источника практически остается 15 постоянной. В результате обеспечивается однородное распределение температуры по длине катода при значениях разрядных токов, превышающихток накала,что положительно влияет на 20 долговечность, а также на стабильность привязки прикатодной частиразряда. Увеличение площади поперечного сечения витков спирали катодак ее концам повышает устойчивостькатода к механическим нагрузкам исущественно облегчает операцию приварки токоподводов к спирали за счетповышения жесткости крайних витков.Таким образом, предложенный катод 30 позволяет повысить равномерностьраспределения температуры по длинекатода и увеличить его долговечность в условиях воздействия вибро-.ударных нагрузок.1101924юо ЮО ооа Составитель А.Захароова Техред С. Легеза орректор Л. Шень еда аказ филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 3 Ф 1110 3/38ВНИИПИ Гопо дела3035, Мос а г гЖив, 2 Тираж 683 Подписдарственного комитета СССРизобретений и открытийа, Ж, Раушская наб., д, 4/ ФО Ик разряда,