KR0122674Y1 - 클라이스트론 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전자가 수집되는 콜렉터표면의 발열에 의해 콜렉터표면으로부터 발생하여 캐소드로 향해 이동되는 2차전지의 수를 최소화하는 클라이스트론에 관한 것으로서, 캐소드로부터 발생된 전자가 콜렉터에 수집되는 클라이스트론에 있어서, 상기 콜렉터(51)의 표면에는 전자가 부닺치는 콜렉터(51)의 표면적을 크게 하도록 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하며, 이와 같이 구성되어 있으므로, 클라이스트론의 효율이 높다.

Description

클라이스트론

제1도는 종래의 클라이스트론을 도시한 종단면도,

제2도의 본 고안의 일실시예의 의한 클라이스트론을 도시한 종단면도,

제3도의 A도는 제2도의 콜렉터를 도시한 확대 종단면도,

제3도의 B도는 제3도의 A도에서 화살표 C-C선에 따른 콜렉터의 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 캐소드 51 : 콜렉터

513 : 코팅층

본 고안은 마이크로파를 발생시키는 클라이스트론에 관한 것으로서, 특히 전자가 수집되는 콜렉터표면의 발열에 의해 콜렉터표면으로부터 발생하여 캐소드에 향해 이동되는 2차전자의 수를 최소화하는 클라이스트론에 관한 것이다.

종래의 하나의 전자빔을 형성하는 클라이스트론에서는 낮은 가속전압을 사용하여 높은 출력의 마이크로파를 얻기가 어려웠다. 즉, 단일빔 클라이스트론에서 고출력의 마이크로파를 얻으려면 캐소드로부터 발생하는 전자 많아야 한다. 전자가 많게 되면, 이 전자들간의 작용에 의해 공간전하효과가 크게 된다. 상기 공간전화효과가 크게 되면, 전자빔의 밀도변조가 어렵게 된다. 따라서 고출력의 마이크로파을 얻으려면, 더 많은 캐비티를 필요로 하므로 클라이스트론의 길이를 길게 해야 하며, 더 높은 가속전압과 거대한 영구자석 또는 전자석을 필요로 한다는 문제점이 있었다.

상기 클라이스트론의 문제점을 해결하기 위해 다수의 전자빔을 형성하는 클라이스트론이 개발되어 있다. 이 클라이스트론은 전자빔을 다수의 전자빔으로 분리하여 밀도변조시킴으로서, 전자들간의 공간전하효과를 현저히 줄임에 의해 낮은 가속전압에서도 고출력의 마이크로파를 발생하는 것이다.

종래, 다수의 전자빔을 형성하는 클라이스트론은 제1도에 도시한 바와 같이, 전자를 방출하는 캐소드(11)와, 상기 캐소드(11)로부터 발생된 전자를 수집하는 콜렉터(13)와, 상기 캐소드(11)로부터 콜렉터(13)로 가속되는 전자들로 구성된 다수의 전자빔(15)의 밀도를 변조시키도록 상기 캐소드(11)와 콜렉터(13)사이에 배설된 튜브(30)와, 상기 다수의 전자빔(15)을 가속시키도록 상기 캐소드(11)와 콜렉터(13)간에 전압을 걸어주는 가속수단(17)과, 상기 다수의 전자빔(15)의 확산을 방지하여 상기 다수의 전자빔(15)이 일정한 크기를 유지하도록 상기 다수의 전자빔(15)의 길이방향을 따라 자계를 형성시키는 마그네트(19, 21)와, 상기 캐소드(11)로 부터 전자를 발생시키도록 상기 캐소드(11)를 가열하는 히터(23)와, 상기 콜렉터(13)에 부딪치는 전자에 의해 콜렉터(13)로부터 발생되는 열을 외부로 방출하도록 상기 콜렉터(13)에 배설된 방열부재(25)와, 밀도변화에 따른 마이크로파에너지를 상기 튜브(30)로부터 끌어내는 출력단(27)으로 이루어져 있다.

상기 캐소드(11)로부터 발생되는 전자가 다수의 전자빔(15)을 형성하도록 상기 콜렉터(13)와 마주보는 캐소드(11)의 면에서 다수곳에 오목부가 형성되어 있고, 이 오목면이외의 캐소드(11)면에서는 전자가 방출되지 않도록 이 오목면이외의 캐소드(11)면에는 전자방출을 억제하는 몰리브덴등과 같은 재질의 금속이 코팅되어 있다.

상기 튜브(30)내에는 상기 다수의 전자빔(15)의 속도를 변화시킴으로써 상기 다수의 전자빔(15)의 밀도변조를 유도하는 다수의 캐비티(31, 33, 35)가 형성되어 있고, 상기 각 캐비티(31, 33, 35)내에는 도시하지 않은 신호원에 의해 고주파전계가 가해지는 갭(311, 331, 351)이 형성되어 있으며, 인접한 각 갭(311, 331, 351)사이에는 다수의 관통구멍으로 된 드르프트공간(313, 333, 353)이 형성되어 있고, 상기 캐소드(11)의 오목부와 마주보는 튜브(30)의 면에는 상기 캐소드(11)의 오목부로부터 방출되는 전자가 다수의 전자빔(15)으로 형성되면서 상기 튜브(30)내로 유입되도록 다수의 관통구멍(315)이 형성되어 있다. 그리고 상기 콜렉터(13)에 인접한 캐비티(35)에는 상기 출력단(27)이 배설되어 있다.

상기 방열부재(25)의 단부에는 상기 콜렉터(13)로부터 발생되는 열이 외부로 용이하게 방출되도록 외부공기와의 접촉면적이 넓은 다수의 방열핀(251)이 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 종래의 클라이스트론에서, 가속수단(17), 히터(23) 및 도시하지 않은 신호원에 전원이 인가되면, 히터(23)가 발열하여 캐소드(11)를 가열한다. 상기 캐소드(11)가 가열되어 고온이 되면, 상기 캐소드(11)의 오목면으로부터 전자가 방출된다.

이 전자는 가속수단(17)에 의해 캐소드(11)와 콜렉터(13)간에 인가되어 있는 가속전압에 의해 다수의 관통구멍(315)을 통하여 다수의 전자빔(15)으로 형성되면서 튜브(30)내에 유입된다. 이때, 상기 다수의 전자빔(15)은 마그네트(19. 21)에 의해 형성되는 자계에 의해 확산이 방지되어 일정한 크기로 유지된다.

상기 튜브(30)내에 유입된 전자들이 첫 번째 캐비티(31)의 갭(311)에 도달하면, 상기 갭(311)에느 도시하지 않은 신호원에 의해 고주파전계가 형성되어 있으므로 상기 전자들은 상기 고주파전계에 의해 제각기 속도가 변한다. 즉, 상기 각 전자들은 속도변조되는 것이다.

속도변조를 받은 각 전자들은 전계가 변화된 공간(313)을 지나갈 때 변조된 제각기의 속도로 나아간다. 따라서, 가속을 받은 전자는 평균보다 앞쪽으로 나아가고, 감속을 받은 전자는 평균보다 늦어져서 점차 전자들은 덩어리를 만들게 된다. 이 작용에 의해 각 전자빔내에는 전자밀도의 소밀이 생긴다. 즉, 각 전자빔은 밀도변조되는 것이다.

상기 전자빔(15)내의 전자가 계속진행하여 두 번째 캐비터(33) 및 세번째 캐비티(35)에 이르렀을때도 위에서 설명한 바와 같은 작용에 의해 전자의 속도변조가 일어나게 된다. 이로 인해 전자빔(15)내에서 전자밀도가 높았던 부분의 전자밀도는 더욱 높아진다. 상기 높은 전자밀도를 갖는 전자빔(15)은 세번째 캐비티(출력캐비티)(35)에서 도시하지 않은 출력회로에 의해 마이크로파에너지로 변화되어 출력단(27)을 통해 외부로 출력된다. 즉, 전자빔(15)의 밀도변화에 따른 에너지 및 가속수단(17)의 가속전압에 의한 전자의 운동에너지가 출력단(27)을 통해 외부로 출력되는 것이다.

이 출력에 의해 운동에너지를 손실한 전자, 즉, 전자빔(15)의 밀도변화의 매개체인 전자는 계속 진행하여 콜렉터(13)의 표면에 이른다. 상기 콜렉터(13)표면에 이른 전자는 상기 콜렉터(13)표면에 부딪치면서 상기 콜렉터(13)에 흡수되어 소멸한다. 이때, 마이크로파에너지로 변환되지 못한 운동에너지에 의해 상기 콜렉터(13)표면에 부딪친 전자의 운동에너지는 열에너지로 변화되고, 상기 열에너지는 방열부재(25)를 통해 외부에 방산된다. 상기 방열부재(25)에 형성된 방열핀(251)은 방열효과를 높인다.

그런데, 이와 같이 구성된 종래의 클라이스트론에서 상기 콜렉터(13)의 표면에 부딪치는 전자에 의해 콜렉터(13)표면으로부터 발생하는 열은 콜렉터(13)표면으로부터 2차전자가 발생하는 원인이 되고, 상기 2차전자는 콜렉터(13)로 유입되는 전자의 운동을 방해하므로 결국 전자의 운동에너지 효율을 감소시켜 클라이스트론의 효율을 저하시킨다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 고안의 목적은 콜렉터표면의 발열에 의해 콜렉터표면으로부터 발생하는 2차전지의 수를 최소화므로써, 클라이스트론의 효율을 높인 클라이스트론에 관한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 이루어진 본고안에 의한 클라이스트론은 캐소드로부터 발생된 전자가 콜렉터에 수집되는 클라이스트론에 있어서, 상기 콜렉터의 표면에는 전자가 부딪치는 면적을 크게 하도록 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 일실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또, 제1도에 도시한 부분과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.

제2도 및 제3도에 도시한 바와 같이, 캐소드(11)와 마주보는 콜렉터(51)의 표면에는 전자가 부딪치는 콜렉터(51)의 표면적으로 크게 하도록 요철이 형성되어 있다. 요철된 콜렉터(51)의 표면에는 일함수가 높은(전자가 방출하기 힘든) 몰리브덴이나 헤프늄 또는 흑연등이 코팅된 코팅층(513)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 콜렉터(51)는 이 콜렉터(51)에서 발생된 열이 방열부재(25)를 통해 용이하게 외부로 방열되도록 열전도가 높은 구리, 알루미늄등의 재질로 되어 있다.

상기 콜렉터(51)에 형성된 요철은 규칙적으로 배열되어 있는 것이 바람직하며, 또한 요철의 요홈폭은 5mm이내로 되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 고안의 일실시예에 의한 클라이스트론의 작용 및 효과를 다음에 설명한다.

마이크로파 전력(출력전력) Po는 다음식으로 표시된다.

Po = Pi - Pb - Pc

여기서, Pi : 입력전력

Pb : 튜브내에서 손실되는 전력

Pc : 콜렉터에서 소비되는 전력

따라서, 콜렉터(51)에서 소비되는 전력이 감소되면, 출력전력이 크게 되므로 클라이스트론의 효율이 높아진다는 것을 알 수 있다.

그리고, 콜렉터(51)의 표면에서 소비되는 전력밀도 Pn은 다음식으로 표시된다.

Pn = Pc / S

여기서, S : 전자가 접하는 콜레터의 표면적.

즉, 전자가 접하는 콜렉터(51)의 표면적이 증가하면, 콜렉터(51)의 표면에서 소비되는 전력밀도(단위면적당 소비되는 전력)가 감소한다.

전력밀도가 감소한다는 것은 콜렉터의 발열이 감소함을 의미한다.

제2도는 및 제3도에 도시한 바와 같이, 본 고안에서는 캐소드(11)와 마주보는 콜렉터(51)의 표면에 요철이 형성되어 있으므로 전자가 충돌하는 표면적이 크다. 이로 인해 콜렉터(51)의 발열이 감소되고, 발열에 의해 콜렉터(51)로부터 발생되어 캐소드(11)로 향하는 2차전자가 감소된다. 따라서, 상기 2차전자에 의해 콜렉터(51)에 수집되는 전자에 대한 운동방해가 최소화되므로 클라이스트론의 효율이 높아지게 된다.

그리고, 상기 콜렉터(51)의 요철부에 코팅만 코팅층(513)은 캐소드(11)로 향해 방출하는 2차전자의 수를 감소시키므로 클라이스트론의 효율을 높인다.

또한, 콜렉터(51)는 구리, 알루미늄등의 열전도가 높은 재질로 되어 있으므로 상기 콜렉터(51)로부터 발생되는 열은 방열부재(25)를 통해 신속히 외부로 방열된다. 따라서, 2차전지는 더욱 적게 발생하므로 클라이스트론의 효율이 더욱 높게 되는 것이다.

앞에서 설명한 바와 같이 본 고안에 의한 클라이스트론은 콜렉터표면의 발열에 의해 콜렉터표면으로부터 발생하여 캐소드로 향해 이동되는 2차전자의 수를 최소화하므로써, 클라이스트론의 효율을 높인다는 매우 실용적인 고안이다.

Claims (4)

1. 캐소드(11)로부터 발생된 전자가 콜렉터(51)에 수집되는 클라이스트론에 있어서, 상기 콜렉터(51)의 표면에는 전자가 부딪치는 면적을 크게 하도록 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 클라이스트론.
2. 제1항에 있어서, 상기 콜렉터(51)의 요철부에는 2차전자의 방출을 억제하도록 일함수가 높은(전자가 방출하기 힘든) 몰리브덴, 헤프늄, 흑연중 적어도 어느 하나의 재질로 된 금속의 코팅층(513)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 클라이스트론.
3. 제1항에 있어서, 상기 콜렉터(51)는 열이 외부로 용이하게 방열되도록 열전도가 높은 구리, 알루미늄중 적어도 어느 하나의 재질로 된 금속으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 클라이스트론.
4. 제1항에 있어서, 상기 콜렉터(51)의 요철은 규칙적인 배열을 하고 있으며, 상기 콜렉터(51)의 요철의 요홈폭은 5mm이내로 되어 있는 것을 특징으로 하는 클라이스트론.