RU183913U1 - TRIODE ELECTRON GUN WITH AUTOCATODE - Google Patents

TRIODE ELECTRON GUN WITH AUTOCATODE Download PDF

Info

Publication number
RU183913U1
RU183913U1 RU2018117020U RU2018117020U RU183913U1 RU 183913 U1 RU183913 U1 RU 183913U1 RU 2018117020 U RU2018117020 U RU 2018117020U RU 2018117020 U RU2018117020 U RU 2018117020U RU 183913 U1 RU183913 U1 RU 183913U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
grid
anode
cathode
autocathode
electron gun
Prior art date
Application number
RU2018117020U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Антон Александрович Бурцев
Алексей Владимирович Данилушкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Priority to RU2018117020U priority Critical patent/RU183913U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU183913U1 publication Critical patent/RU183913U1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Microwave Tubes (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к электронной технике, а именно к вакуумным электронным приборам, в том числе к СВЧ приборам с протяженным взаимодействием и мгновенным временем готовности, использующие автоэмиссионные катоды.The utility model relates to electronic equipment, namely to vacuum electronic devices, including microwave devices with extended interaction and instant availability, using field emission cathodes.

Задачей настоящей полезной модели является создание триодной электронной пушки с автокатодом из нанотрубок, формирующей в зазорах катод-сетка-анод прямолинейные электронные потоки с минимальным угловым разбросом электронов, проходящих без токооседания в пушке. Поставленная задача достигается тем, что в триодной электронной пушке, содержащей автокатод, сетку и анод, согласно заявленному техническому решению используется автокатод с микроячейками из вертикально расположенных нанотрубок, выращенных в отверстиях электрически изолированной сетки от катода. Значения потенциалов сетки Vc и анода Va и зазоры катод-сетка dкс и сетка-анод dca выбираются согласно соотношению:The objective of this utility model is to create a triode electron gun with an autocathode of nanotubes that forms rectilinear electron flows in the cathode-grid-anode gaps with a minimum angular spread of electrons passing without current deposition in the gun. The task is achieved in that in a triode electron gun containing an autocathode, a grid and an anode, according to the claimed technical solution, an autocathode with microcells from vertically arranged nanotubes grown in holes of an electrically isolated grid from the cathode is used. The potential values of the grid V c and the anode V a and the gaps of the cathode-grid d cc and the grid-anode d ca are selected according to the relation:

Figure 00000006
Figure 00000006

Неравенство справедливо при условии, что для триодных электронных пушек отношение зазора сетка-анод dca к диаметру анодного отверстия Da должно соответствовать неравенству:

Figure 00000007
при этом влияние анодного отверстия на распределение электрического поля в отверстиях сетки становится пренебрежимо малым.
Figure 00000008
The inequality is true provided that for triode electron guns the ratio of the grid-anode gap d ca to the diameter of the anode hole D a must correspond to the inequality:
Figure 00000007
in this case, the influence of the anode hole on the distribution of the electric field in the holes of the grid becomes negligible.
Figure 00000008

Description

Полезная модель относится к электронной технике, а именно к вакуумным электронным приборам, в том числе к СВЧ приборам с протяженным взаимодействием и мгновенным временем готовности, использующие автоэмиссионные катоды.The utility model relates to electronic equipment, namely to vacuum electronic devices, including microwave devices with extended interaction and instant availability, using field emission cathodes.

Известна конструкция электронной пушки с автоэмиссионным катодом на основе углеродных нанотрубок, и молибденовой сеткой, размещенной над поверхностью катода через вакуумный зазор [1]. Недостатком данной конструкции заключается в том, что перемычки вытягивающей сетки не защищены от прямого перехвата тока с катода, что приводит к их расплавлению мощностью электронного потока.A known design of an electron gun with a field emission cathode based on carbon nanotubes and a molybdenum grid placed above the cathode surface through a vacuum gap [1]. The disadvantage of this design is that the jumpers of the pulling grid are not protected from direct interception of current from the cathode, which leads to their melting by the power of the electron beam.

Существует конструкция электронной пушки, включающая катодно-сеточный узел из стеклоуглерода с матрицей микроострий на их торцах и крупноячеистой вытягивающей сетки с отверстиями [2]. Катод с сеткой электрически разделены через керамическое кольцо с крупными отверстиями. Данная сетка размещена над поверхностью острийной структуры катода так, что отверстие в сетке много раз превышает расстояние между остриями. Недостатком данной конструкции, является неравномерность распределения токоотбора в ячейке сетки, большой разброс углов наклона траекторий электронов относительно оси симметрии ячеек сетки, высокое значение прилагаемого сеточного напряжения. Также в работе [3] представлена электронная пушка, состоящая из автокатода в виде стеклоуглерода в форме иголок с большим аспектным соотношением высоты к диаметру вершины, и сетки, расположенной над иглами через вакуумный зазор. При испытании такой электронной пушки обнаружено большое токооседание пучка на электродах пушки, что неизбежно приводило к деградации катода и ухудшению вакуума. Эти недостатки затрудняют использование таких конструкций электронных пушек с автокатодом из стеклоуглерода в вакуумных СВЧ приборах.There is a design of an electron gun, including a cathode-grid unit made of glassy carbon with a matrix of micropoints at their ends and a coarse-drawn stretching mesh with holes [2]. The grid cathode is electrically separated through a ceramic ring with large holes. This grid is placed above the surface of the tip structure of the cathode so that the hole in the grid many times exceeds the distance between the tips. The disadvantage of this design is the uneven distribution of the current collection in the grid cell, a large spread in the angles of inclination of the electron paths relative to the axis of symmetry of the grid cells, and a high value of the applied grid voltage. Also in [3], an electron gun was presented, consisting of an autocathode in the form of glassy carbon in the form of needles with a large aspect ratio of the height to the diameter of the apex, and a grid located above the needles through a vacuum gap. When testing such an electron gun, a large current deposition of the beam at the gun electrodes was found, which inevitably led to degradation of the cathode and deterioration of the vacuum. These drawbacks make it difficult to use such designs of electron guns with a carbon cathode cathode in vacuum microwave devices.

Наиболее близкой по конструкции техническим решением является конструкция автоэмиссионной триодной структуры [4], состоящей из отдельных автоэмиссионных ячеек, каждая из которых содержит металлическое острие конусообразной формы и сетку с отверстием, центр которого совпадает с осью симметрии острия. Острие на подложке из кремния электрически и сетка разделены слоем диоксида кремния. Токопрохождение обеспечивается за счет толщины сетки, имеющей величину десятые доли микрометра. Недостатком данной конструкции является распыление материала острия в процессе автоэмиссии и, как следствие, постепенная деградация острия.The technical solution closest in design is the design of the field emission triode structure [4], which consists of separate field emission cells, each of which contains a metal tip of a conical shape and a mesh with a hole, the center of which coincides with the axis of symmetry of the tip. The point on the silicon substrate is electrically and the grid is separated by a layer of silicon dioxide. Current passage is provided due to the thickness of the grid, which has a value of tenths of a micrometer. The disadvantage of this design is the spraying of the tip material in the process of field emission and, as a consequence, the gradual degradation of the tip.

Задачей настоящей полезной модели является создание триодной электронной пушки с автокатодом из нанотрубок, формирующей в зазорах катод-сетка-анод прямолинейные электронные потоки с минимальным угловым разбросом электронов, проходящих без токооседания в пушке.The objective of this utility model is to create a triode electron gun with an autocathode of nanotubes that forms rectilinear electron flows in the cathode-grid-anode gaps with a minimum angular spread of electrons passing without current deposition in the gun.

Техническим результатом полезной модели является низковольтное управление током пучка, более продолжительный срок службы и мгновенное включение прибора.The technical result of the utility model is low-voltage control of the beam current, a longer service life and instantaneous switching on of the device.

Поставленная задача достигается тем, что в триодной электронной пушке, содержащей автокатод, сетку и анод, согласно заявленному техническому решению, используется автокатод с микроячейками из вертикально расположенных нанотрубок, выращенных в отверстиях электрически изолированной сетки от катода. Значения потенциалов сетки Vc и анода Va и зазоры катод-сетка dкс и сетка-анод dса выбираются согласно соотношению:The task is achieved in that in a triode electron gun containing an autocathode, a grid and an anode, according to the claimed technical solution, an autocathode with microcells from vertically arranged nanotubes grown in holes of an electrically isolated grid from the cathode is used. The potential values of the grid V c and the anode V a and the gaps of the cathode-grid d kc and the grid-anode d sa are selected according to the ratio:

Figure 00000001
Figure 00000001

Неравенство справедливо, при условии, что для триодных электронных пушек отношение зазора сетка-анод dса к диаметру анодного отверстия Da должно соответствовать неравенству:

Figure 00000002
при этом влияние анодного отверстия на распределение электрического поля в отверстиях сетки становится пренебрежимо малым.The inequality is true, provided that for triode electron guns the ratio of the grid-anode gap d ca to the diameter of the anode hole D a must correspond to the inequality:
Figure 00000002
in this case, the influence of the anode hole on the distribution of the electric field in the holes of the grid becomes negligible.

Заявленная полезная модель иллюстрируется чертежами.The claimed utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показана конструкция триодной электронной пушки, которая включает в себя: автокатод (1), нанотрубки (2), сетку (3), диэлектрик (4), анод (5).In FIG. 1 shows the design of a triode electron gun, which includes: an autocathode (1), nanotubes (2), a grid (3), a dielectric (4), an anode (5).

На фиг. 2 представлены результаты расчета распределения электрического поля (6) и траекторий электронов (7) в триодной электронной пушке, выполненных в программе Lorentz-3ЕМ.In FIG. Figure 2 shows the results of calculating the distribution of the electric field (6) and electron trajectories (7) in a triode electron gun performed in the Lorentz-3EM program.

Триодная электронная пушка образована из автокатода (1) с размещенной на его поверхности микроячейками из нанотрубок с плотностью упаковки микроячеек от 106÷4⋅108 см-2 (2), сетки с отверстиями (3), диэлектрика (4) с толщиной большей, чем высота нанотрубок и анода (5). В каждой микроячейке выращены нанотрубки (2), расположенные вертикально в соответствующем отверстии сетки (3). Каждая микроячейка автоэмиссионного катода (1) размещена соосно с отверстиями сетки (3). Сетка (3) с автокатодом (1) электрически разнесены через диэлектрик (4). Между автокатодом (1), сеткой (3) и анодом (5) образованы два зазора dкс и dса соответственно. Анод имеет отверстие Da, причем отношение зазора сетка-анод dca к диаметру анодного отверстия соответствует неравенству:

Figure 00000003
The triode electron gun is formed from a self-cathode (1) with microcells of nanotubes placed on its surface with a packing density of microcells from 10 6 ÷ 4⋅10 8 cm -2 (2), a grid with holes (3), a dielectric (4) with a thickness greater than than the height of the nanotubes and anode (5). Nanotubes (2) grown vertically in the corresponding mesh hole (3) were grown in each microcell. Each microcell of the field emission cathode (1) is placed coaxially with the mesh holes (3). The grid (3) with the autocathode (1) is electrically spaced through the dielectric (4). Between the autocathode (1), the grid (3) and the anode (5) two gaps d cc and d ca are formed, respectively. The anode has a hole D a , and the ratio of the grid-anode gap d ca to the diameter of the anode hole corresponds to the inequality:
Figure 00000003

Триодная электронная пушка с автокатодом работает следующим образом. При подаче потенциала на сетку (3) и анод (5) в пушке образуется электрическое поле (6). С вершин поверхности нанотрубок (2) автокатода (1) стартуют электроны, под действием потенциала Vс, созданного сеткой (2) в зазоре катод-сетка dкс. Далее за сеткой (2) с небольшим возмущением формируются прямолинейные электронные пучки (7) в пушке и ускоряются под действием потенциала анода Va (5). Сформированный электронный пучок (7) пролетает в отверстие анода (5). Сетка (3) и анод (5) имеют положительное относительно автокатода (1) напряжение. Потенциалы на электродах для установления однородного электрического поля в зазорах пушки выбирают согласно соотношению:

Figure 00000004
A triode electron gun with a cathode operates as follows. When a potential is applied to the grid (3) and the anode (5), an electric field (6) is formed in the gun. Electrons start from the vertices of the nanotube surface (2) of the autocathode (1) under the action of the potential V c created by the grid (2) in the cathode-grid gap d cc . Then, behind the grid (2), with a small perturbation, rectilinear electron beams (7) are formed in the gun and are accelerated by the anode potential V a (5). The generated electron beam (7) flies into the hole of the anode (5). The grid (3) and the anode (5) have a positive voltage relative to the autocathode (1). The potentials on the electrodes to establish a uniform electric field in the gaps of the gun are selected according to the ratio:
Figure 00000004

В предлагаемой конструкции триодной электронной пушки с автокатодом обеспечивается формирование прямолинейного электронного пучка с минимальными поперечными скоростями электронов, достигается низковольтное управление током пучка с минимальным коэффициентом модуляции, более продолжительный срок службы и мгновенное включение прибора.In the proposed design of a triode electron gun with an autocathode, a rectilinear electron beam is formed with minimal transverse electron velocities, low-voltage control of the beam current with a minimum modulation coefficient, a longer service life, and instantaneous switching on of the device are achieved.

Пример реализации данной триодной электронной пушки с автокатодом демонстрируется проведением численного эксперимента, по моделированию электронной пушки и формированию электронного пучка в программе Lorentz-3ЕМ на фиг. 2. При напряжениях сетки Vc=100 В и анода Va=20000 В и зазорах катод-сетка dкс=10 мкм и сетка-анод dса=2000 мкм, Dа=200 мкм. формируется электронный пучок с одной микроячейки автокатода с током 1 мкА при стопроцентном токопрохождении.An example of the implementation of this triode electron gun with an autocathode is demonstrated by conducting a numerical experiment on modeling an electron gun and forming an electron beam in the Lorentz-3EM program in FIG. 2. At the grid voltages V c = 100 V and the anode V a = 20,000 V and the gaps, the cathode-grid d kc = 10 μm and the grid-anode d ca = 2000 μm, D a = 200 μm. an electron beam is formed from one microcell of the autocathode with a current of 1 μA with one hundred percent current passage.

Источники информацииInformation sources

1 H.J. Kim, W.B. Seo, J.J. Choi, J-h. Han and J-B Yoo. Design and Field Emission Test of Carbon Nanotube Pasted Cathodes for Traveling-Wave Tube Applications // IEEE Trans. On El. Devices, Vol. 53, No. 11, 2006 P. 2674-2680.1 H.J. Kim, W.B. Seo, J.J. Choi, J-h. Han and J-B Yoo. Design and Field Emission Test of Carbon Nanotube Pasted Cathodes for Traveling-Wave Tube Applications // IEEE Trans. On el. Devices, Vol. 53, No. 11, 2006 P. 2674-2680.

2 Бушуев H.A., Шестеркин В.И. и др. Матричные автоэмиссионные катоды из стеклоуглерода: соверменное состояние и перспективы использования в СВЧ приборах // Электронная техника Сер. СВЧ техника Вып. 4 (519). 2013 С. 175-183.2 Bushuev H.A., Shesterkin V.I. et al. Matrix field emission cathodes made of glassy carbon: current state and prospects of use in microwave devices // Electronic Technology Ser. Microwave technology 4 (519). 2013 S. 175-183.

3 Шестеркин В.И. Многоострийный автоэмиссионный катод с большим аспектным отношением острий из стеклоуглерода в составе электронной пушки АПЭП 2016 Том 1 с. 117-120.3 Shesterkin V.I. A multi-tip field emission cathode with a large aspect ratio of glassy carbon tips as part of the APEP 2016 electron gun Volume 1 p. 117-120.

4 Spindt С // Journal of Appl. Phys. 1968, 39, p. 35044 Spindt C // Journal of Appl. Phys. 1968, 39, p. 3504

Claims (3)

1. Триодная электронная пушка, содержащая сетку, анод и автокатод с микроячейками из вертикально расположенных нанотрубок, выращенных в отверстиях электрически изолированной сетки от автокатода, отличающаяся тем, что потенциалы сетки Vс и анода Vа, зазоры катод-сетка dкс и сетка-анод dса выбирают согласно соотношению:1. triode electron gun comprising a grid, the anode and cathodes with microcells of vertically arranged nanotubes grown in the holes is electrically insulated from the cathodes grid, wherein the grid potentials V s and V and the anode, the cathode-grid gap d and grid-kc the anode d CA is selected according to the ratio:
Figure 00000005
Figure 00000005
 2. Триодная электронная пушка по п. 1, отличающаяся тем, что отношение зазора сетка-анод dса к диаметру анодного отверстия Dа определяется неравенством dса/Dа≥3.5.2. The triode electron gun according to claim 1, characterized in that the ratio of the grid-anode gap d ca to the diameter of the anode hole D a is determined by the inequality d ca / D a ≥3.5.
RU2018117020U 2018-05-07 2018-05-07 TRIODE ELECTRON GUN WITH AUTOCATODE RU183913U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018117020U RU183913U1 (en) 2018-05-07 2018-05-07 TRIODE ELECTRON GUN WITH AUTOCATODE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018117020U RU183913U1 (en) 2018-05-07 2018-05-07 TRIODE ELECTRON GUN WITH AUTOCATODE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU183913U1 true RU183913U1 (en) 2018-10-09

Family

ID=63793800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018117020U RU183913U1 (en) 2018-05-07 2018-05-07 TRIODE ELECTRON GUN WITH AUTOCATODE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU183913U1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999016101A2 (en) * 1997-09-24 1999-04-01 The Welding Institute Charged particle beam emitting assembly
RU2581833C1 (en) * 2014-12-12 2016-04-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радий" Source of electrons with auto electronic emitter and x-ray tube with said electron source

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999016101A2 (en) * 1997-09-24 1999-04-01 The Welding Institute Charged particle beam emitting assembly
RU2581833C1 (en) * 2014-12-12 2016-04-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радий" Source of electrons with auto electronic emitter and x-ray tube with said electron source

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JORNAL of APPL.PHYS., 1968, 39, p.3504. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100314094B1 (en) Method for fabricating a carbon nanotube field emitter using electrophoresis process
Yuan et al. A gridded high-compression-ratio carbon nanotube cold cathode electron gun
Kim et al. Design and field emission test of carbon nanotube pasted cathodes for traveling-wave tube applications
KR20100123253A (en) Gate-focusing electrodes integrated electrodes structure for x-ray tube based on nano-structured material
US8766522B1 (en) Carbon nanotube fiber cathode
Lei et al. Very high field emission from a carbon nanotube array with isolated subregions and balanced resistances
RU183913U1 (en) TRIODE ELECTRON GUN WITH AUTOCATODE
CN202275794U (en) Graphene-based field emission triode structure
RU2644416C2 (en) Cathode-grid knot with auto emission cathode from carbon material
CN108428610B (en) Small ion source and preparation method thereof
RU134356U1 (en) AUTO EMISSION ELECTRON GUN
KR101245524B1 (en) Multi-beam X-ray tube
KR20150084324A (en) X-ray generator having anti-charging structure of triode electron emitting device
RU181037U1 (en) Field emission electron gun with a converging ribbon beam
RU2651584C2 (en) Electronic gun with field emission cathode
RU2653694C1 (en) Cathode-grid knot with vertically oriented field emitter
RU2823119C1 (en) Pointed-blade field emission cathode of "pushpin" type
Bushuev et al. Multibeam electron gun with gated carbon nanotube cathode
RU148285U1 (en) HIGH-FREQUENCY RADIATION AMPLIFIER WITH COLD CATHODE ON NANOTUBES
CN211125565U (en) Novel cathode structure of ion source
US9105434B2 (en) High current, high energy beam focusing element
Li et al. Metal-tip-array field emission cathodes for X-ray tubes
RU187097U1 (en) Tape-beam field-emission magnetron-injection gun
Hirshfield HIGH-CURRENT COLD CATHODE FIELD EMISSION ARRAY FOR ELECTRON LENS APPLICATION
KR101182508B1 (en) Cathode assembly and electron beam iradiation laboratory apparatus having the same

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20200508