RU155052U1

RU155052U1 - MICROWAVE O-TYPE DEVICE WITH UNKNOWN CATHODE

Info

Publication number: RU155052U1
Application number: RU2014143575/07U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Александрович Смирнов; Геннадий Васильевич Мельничук; Виктор Геннадьевич Чудин; Дмитрий Александрович Комаров; Виктор Игоревич Кочнев; Сергей Павлович Морев
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Торий"
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2015-09-20

Abstract

1. СВЧ прибор O-типа с безнакальным катодом, содержащий электронно-оптическую систему с анодом, управляющим электродом и авто катодом, отличающийся тем, что в прямой видимости эмитирующей поверхности автокатода находится источник-испаритель эмиссионно-активного вещества.2. СВЧ прибор O-типа с безнакальным катодом по п. 1, отличающийся тем, что испаритель-источник эмиссионно-активного вещества расположен на электродах электронно-оптической системы, а в качестве эмисионно-активного вещества использован барий.1. O-type microwave device with a non-cathode cathode, containing an electron-optical system with an anode, a control electrode and a cathode, characterized in that the source-evaporator of emission-active substance is in direct visibility of the emitting surface of the cathode. 2. An O-type microwave device with a non-cathode cathode according to claim 1, characterized in that the evaporator-source of the emission-active substance is located on the electrodes of the electron-optical system, and barium is used as the emission-active substance.

Description

Полезная модель относится к электронной технике, в частности к конструкции электровакуумных СВЧ приборов О-типа.The utility model relates to electronic equipment, in particular to the design of O-type microwave electric devices.

Известны разработки приборов О-типа с электронно-оптической системой (ЭОС), в которой рассмотрена возможность применения безнакального катода - автоэлектронного эмиттера (автокатода) [1-21 в виде пакета игл или лезвий из тугоплавких металлов, или модификаций углерода с целью получения мгновенной готовности прибора к работе. Однако, реализация таких конструкций практически затруднена из-за ряда недостатков: разрушения автокатодов под действием бомбардировки ионами остаточных газов и перегрева проходящим током, большого разброса электронов по углам наклона.There are known developments of O-type devices with an electron-optical system (EOS), in which the possibility of using a non-cathode cathode — an autoelectronic emitter (autocathode) [1-21 in the form of a package of needles or blades of refractory metals, or carbon modifications in order to obtain instant readiness is considered device to work. However, the implementation of such structures is practically difficult due to a number of drawbacks: the destruction of autocathodes under the influence of bombardment by ions of residual gases and overheating by a passing current, a large spread of electrons along the tilt angles.

Ближайшим прототипом предлагаемой полезной модели является проект мощного СВЧ прибора О-типа - ЛБВ с ЭОС, содержащей анод, управляющий электрод и автокатод [3]. Предложенная ЭОС позволяет уменьшить разброс электронов по углам наклона и устранить ионную бомбардировку автокатода. Однако, недостатками предложенной конструкции являются: применение многоячеистой структуры с автокатодом и управляющим электродом микронных размеров и напряженностью электрического поля порядка 10⁶-10⁷ В/см, что делает их неустойчивыми к пробоям и искрениям, особенно в условиях больших анодных напряжений до 20 кВ и выше для мощных СВЧ приборов; низкая эффективность автокатодов по средней плотности тока. Здесь следует отметить, что автоэмиссия резко зависит от работы выхода электронов, которая для предложенных материалов-тугоплавких металлов и модификаций углерода составляет 4,5-4,7 эВ и, чтобы получить необходимую плотность тока порядка 0,1 А/см², требуется напряженность поля не менее 10⁷ В/см [4].The closest prototype of the proposed utility model is a project of a powerful O-type microwave device - TWT with an EOS containing an anode, a control electrode, and an autocathode [3]. The proposed EOS makes it possible to reduce the spread of electrons along the tilt angles and eliminate the ion bombardment of the autocathode. However, the disadvantages of the proposed design are: the use of a multi-cell structure with an autocathode and a micron-sized control electrode and an electric field of the order of 10 ⁶ -10 ⁷ V / cm, which makes them unstable to breakdowns and sparks, especially under conditions of high anode voltages up to 20 kV and higher for high-power microwave devices; low efficiency of autocathodes in average current density. It should be noted here that field emission sharply depends on the electron work function, which for the proposed materials — refractory metals and carbon modifications is 4.5–4.7 eV, and in order to obtain the required current density of the order of 0.1 A / cm ² , a voltage is required fields of at least 10 ⁷ V / cm [4].

Технический эффект, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении эффективности автокатодов, увеличении электропрочности и долговечности СВЧ приборов О-типа с безнакальным катодом.The technical effect provided by the utility model is to increase the efficiency of autocathodes, increase the electric strength and durability of O-type microwave devices with a non-incandescent cathode.

Указанный технический эффект достигается благодаря тому, что в СВЧ приборе О-типа, например, ЛБВ, клистроне, с безнакальным катодом, содержащим электронно-оптическую систему с анодом, управляющим электродом и автокатодом в прямой видимости эмитирующей поверхности автокатода расположен источник-испаритель эмиссионно-активного вещества, например, бария. Возможно расположение источника-испарителя на аноде или управляющем электроде.This technical effect is achieved due to the fact that in the O-type microwave device, for example, TWT, a klystron, with a non-filament cathode containing an electron-optical system with an anode, a control electrode and a cathode, a source-evaporator of emission-active is located in direct visibility of the emitting surface of the cathode substances, for example, barium. Possible location of the source-evaporator on the anode or control electrode.

Напыление эмиссионно-активного вещества - бария на материалы автокатодов - тугоплавкие металлы (вольфрам, тантал) или модификации углерода (α-углерод, нанотрубки, стеклоуглерод, термически расширенный графит) резко снижает их работу выхода до 2,0-2,2 эВ, что обеспечивает получение нужной плотности тока при напряженности поля порядка 10⁴-10⁵ В/см.Spraying the emission-active substance - barium on the materials of autocathodes - refractory metals (tungsten, tantalum) or carbon modifications (α-carbon, nanotubes, glassy carbon, thermally expanded graphite) dramatically reduces their work function to 2.0-2.2 eV, which provides the desired current density at a field strength of the order of 10 ⁴ -10 ⁵ V / cm.

Расположение источника-испарителя в прямой видимости к эмитирующей поверхности автокатода гарантирует напыление на него бария при работе прибора в высоком вакууме 10^-5-10^-8 мм рт. ст.The location of the source-evaporator in direct visibility to the emitting surface of the cathode guarantees the deposition of barium on it when the device is in high vacuum 10 ^-5 -10 ^-8 mm RT. Art.

Применение активированных барием автокатодов позволяет изготавливать их больших размеров, получать большие абсолютные токи, увеличить расстояние между автокатодом и управляющим электродом и таким образом повысить электропрочность, надежность и долговечность прибора.The use of autocathodes activated by barium makes it possible to produce large sizes, obtain large absolute currents, increase the distance between the autocathode and the control electrode, and thus increase the electric strength, reliability, and durability of the device.

Расположение источника-испарителя на электродах ЭОС целесообразно, т.к. не усложняет конструкции прибора.The location of the source-evaporator on the electrodes of the EOS is advisable, because does not complicate the design of the device.

СВЧ прибор О-типа с безнакальным катодом работает следующим образом: после включения напряжений на аноде и управляющем электроде, предварительно активированный во время технологического цикла, автокатод обеспечивает мгновенный запуск и получение выходных параметров прибора. Одновременно включается нагрев источника -испарителя эмиссионно-активного вещества - бария, напыление которого поддерживает высокую эмиссионную способность автокатода в течении всего времени работы прибора.An O-type microwave device with a non-cathode cathode operates as follows: after switching on the voltages at the anode and the control electrode, previously activated during the technological cycle, the autocathode provides instant start-up and obtaining the device output parameters. At the same time, the heating of the source-evaporator of the emissive-active substance, barium, is switched on, the spraying of which maintains the high emissivity of the autocathode during the entire operating time of the device.

На рис. 1 (а, б, в) представлены варианты схем размещения источника - испарителя эмиссионно-активного вещества в ЭОС приборов О-типа с безнакальным катодом.In fig. 1 (a, b, c), there are presented variants of the layout of the source - evaporator of the emission-active substance in the EOS of O-type devices with a non-cathode cathode.

Нами проведены эксперименты в мощных генераторных лампах по замеру автоэлектронной эмиссии с сеток, запыленных эмиссионно активными веществами (BaO, Ва, MgO) с оксидного катода. Получены плотности тока в диапазоне 30-50 мА/см² при напряженности поля 6,5·10⁴ В/см², что подтверждает техническую полезность нашего предложения.We conducted experiments in high-power generator lamps for measuring field emission from grids dusted with emission-active substances (BaO, Ba, MgO) from an oxide cathode. Current densities in the range of 30-50 mA / cm ² were obtained with a field strength of 6.5 · 10 ⁴ V / cm ² , which confirms the technical usefulness of our proposal.

Список литературыBibliography

1. Nikolai Bushuev, Yuri Grigoriev, Anton Bourtsev, Pavel Schalaev, Evgeny Tarasov “Multibeam Electron Gun With Gated Carbon Nanotube Cathode” 2012 IEEE p. 559-560.1. Nikolai Bushuev, Yuri Grigoriev, Anton Bourtsev, Pavel Schalaev, Evgeny Tarasov “Multibeam Electron Gun With Gated Carbon Nanotube Cathode” 2012 IEEE p. 559-560.

2. Abanshin N., Gorfinkel B. “Thin-film planar edge-emitter field emission fiat panel display” U.S. Pat. 6.590.320 (2000).2. Abanshin N., Gorfinkel B. “Thin-film planar edge-emitter field emission fiat panel display” U.S. Pat. 6.590.320 (2000).

3. Дармаев A.H., Комаров Д.Α., Морев С.П., Шестеркин В.И., Шалаев П.Д. “Экспериментальные исследование и численное моделирование электронною потока, формируемого матричными углеродными автоэмиссионными ячейками Григорьева-Шестеркина” Радиотехника и электроника, 2014, том 59. №8. с. 774-781.3. Darmaev A.H., Komarov D.Α., Morev S.P., Shesterkin V.I., Shalaev P.D. “Experimental Investigation and Numerical Modeling of the Electron Flow Generated by Matrix Carbon Field Emission Cells of Grigoriev-Shesterkin” Radio Engineering and Electronics, 2014, Volume 59. No. 8. from. 774-781.

4. “Ненакаливаемые катоды” под ред. Елинсона М.И., М. «Сов. радио» 1974. с. 169.4. “Non-heated cathodes,” ed. Elinson M.I., M. "Sov. radio "1974. p. 169.

Claims

1. An O-type microwave device with a non-cathode cathode, containing an electron-optical system with an anode, a control electrode and a cathode, characterized in that a source-evaporator of emission-active substance is located in direct visibility of the emitting surface of the cathode.

2. An O-type microwave device with a non-cathode cathode according to claim 1, characterized in that the source-evaporator of the emission-active substance is located on the electrodes of the electron-optical system, and barium is used as the emission-active substance.