RU2281621C1 - Emitter of electrons - Google Patents
Emitter of electrons Download PDFInfo
- Publication number
- RU2281621C1 RU2281621C1 RU2005109274/06A RU2005109274A RU2281621C1 RU 2281621 C1 RU2281621 C1 RU 2281621C1 RU 2005109274/06 A RU2005109274/06 A RU 2005109274/06A RU 2005109274 A RU2005109274 A RU 2005109274A RU 2281621 C1 RU2281621 C1 RU 2281621C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonator
- electrons
- electron
- anode
- coaxially
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике, в частности к импульсным высокочастотным (ВЧ) излучателям электронов, выполненным на основе линейных высокочастотных ускорителей электронов, и может быть использовано в аппаратах для радиационной технологии.The invention relates to electronic equipment, in particular to pulsed high-frequency (HF) emitters of electrons made on the basis of linear high-frequency electron accelerators, and can be used in devices for radiation technology.
Известен высокочастотный ускоритель электронов, содержащий вакуумированный четвертьволновый коаксиальный резонатор, электронную пушку (инжектор электронов) и размещенные в анодном баке вне вакуумной полости резонатора источник высокочастотной мощности в виде генераторной лампы и элемент связи лампы с резонатором [1]. Ускоритель предназначен для использования в качестве рентгеновского излучателя, поэтому он снабжен мишенью, установленной на свободном торце внутреннего проводника резонатора напротив катода электронной пушки. Внутренний проводник резонатора вакуумноплотно соединен с его внешним проводником с помощью высоковольтного изолятора. Анод лампы непосредственно соединен с внутренним проводником резонатора, что обеспечивает эффективный теплоотвод от этого узла с помощью системы жидкостного охлаждения. В конструкции ускорителя применена емкостная связь анода лампы с резонатором, что предотвращает возможность паразитного самовозбуждения генераторной лампы на частоте контура связи, образованного распределенными параметрами анода лампы и анодным баком. Таким образом, значительно повышается устойчивость работы генераторной лампы на рабочей частоте, определяемой высокодобротным коаксиальным резонатором, и повышается надежность работы ускорителя. Для обеспечения самовозбуждения генераторной лампы на рабочей частоте в конструкции предусмотрен элемент емкостной обратной связи катодного контура с анодом лампы.Known high-frequency electron accelerator containing a vacuum quarter-wave coaxial resonator, an electron gun (electron injector) and placed in the anode tank outside the vacuum cavity of the resonator, a high-frequency power source in the form of a generator lamp and an element for coupling the lamp to the resonator [1]. The accelerator is designed to be used as an X-ray emitter, therefore, it is equipped with a target mounted on the free end of the inner conductor of the resonator opposite the cathode of the electron gun. The inner conductor of the resonator is vacuum-tightly connected to its outer conductor using a high-voltage insulator. The anode of the lamp is directly connected to the inner conductor of the resonator, which provides efficient heat dissipation from this unit using a liquid cooling system. In the design of the accelerator, capacitive coupling of the lamp anode with the resonator is used, which prevents the possibility of spurious self-excitation of the generator lamp at the frequency of the coupling circuit formed by the distributed parameters of the lamp anode and the anode tank. Thus, the stability of the generator lamp at the operating frequency determined by the high-quality coaxial resonator is significantly increased, and the reliability of the accelerator is increased. To ensure self-excitation of the generator lamp at the operating frequency, the design provides an element of capacitive feedback of the cathode circuit with the anode of the lamp.
Известен высокочастотный ускоритель электронов, отличающийся от предыдущего аналога тем, что элемент связи генераторной лампы с четвертьволновым резонатором размещен в вакуумной полости резонатора и закреплен на удаленном от пушки конце внутреннего проводника резонатора [2]. Конструкция имеет более высокую электрическую прочность, уменьшенные поперечные габариты и вес элемента связи, а также повышенную устойчивость и надежность работы ускорителя на частоте резонатора. Ускоритель, как и предыдущий аналог, может быть выполнен в виде отпаянного малогабаритного переносного устройства и использован в качестве портативного рентгеновского аппарата.A high-frequency electron accelerator is known, which differs from the previous analogue in that the coupling element of the generator lamp with a quarter-wave resonator is located in the vacuum cavity of the resonator and is mounted at the end of the resonator inner conductor remote from the gun [2]. The design has higher dielectric strength, reduced transverse dimensions and weight of the coupling element, as well as increased stability and reliability of the accelerator at the resonator frequency. The accelerator, like the previous analogue, can be made in the form of a sealed small-sized portable device and used as a portable x-ray apparatus.
Прототипом изобретения является излучатель электронов, выполненный на основе высокочастотного импульсного линейного ускорителя электронов [3]. Излучатель электронов содержит полуволновый коаксиальный резонатор, высокочастотную генераторную лампу на основе триода, элемент связи лампы с резонатором, инжектор электронов и устройство для вывода электронов из вакуума в атмосферу. Резонатор состоит из двух половин, частично входящих друг в друга и размещенных внутри вакуумированного резонаторного бака. Генераторная лампа размещена в вакуумированном анодном баке, установленном с внешней стороны резонаторного бака, причем ось лампы смещена относительно оси резонатора. Полости резонаторного и анодного баков образуют единый вакуумный объем. Элемент связи анодного контура лампы и резонатора выполнен в виде петли, размещенной в резонаторе. Резонатор содержит первый и второй полые внутренние проводники, расположенные соосно и отделенные друг от друга ускоряющим высокочастотным зазором. В полости первого внутреннего проводника со стороны его свободного торца размещен инжектор электронов, катод которого обращен в сторону торца второго внутреннего проводника. Основание второго внутреннего проводника соединено с удаленной от лампы торцевой стенкой резонатора и обращено в сторону устройства для вывода электронов, с помощью которого ускоренный поток электронов разворачивается магнитным полем и выпускается через фольговое окно в атмосферу. Рабочая частота генераторной лампы около 100 МГц. Максимальная энергия ускоренных электронов 2 МэВ. Средняя мощность электронного потока до 20 кВт. КПД ~20%.A prototype of the invention is an electron emitter made on the basis of a high-frequency pulsed linear electron accelerator [3]. The electron emitter contains a half-wave coaxial resonator, a high-frequency generator lamp based on a triode, an element for coupling the lamp to the resonator, an electron injector, and a device for removing electrons from vacuum into the atmosphere. The resonator consists of two halves, partially included in each other and placed inside the evacuated resonator tank. The generator lamp is placed in a vacuum anode tank mounted on the outside of the resonator tank, and the axis of the lamp is offset from the axis of the resonator. The cavities of the resonator and anode tanks form a single vacuum volume. The communication element of the anode circuit of the lamp and the resonator is made in the form of a loop placed in the resonator. The resonator contains the first and second hollow inner conductors located coaxially and separated from each other by an accelerating high-frequency gap. An electron injector is placed in the cavity of the first inner conductor from the side of its free end, the cathode of which is facing the end of the second inner conductor. The base of the second inner conductor is connected to the end wall of the resonator remote from the lamp and faces the electron output device, by means of which the accelerated electron flow is deployed by a magnetic field and released through the foil window into the atmosphere. The operating frequency of the generator lamp is about 100 MHz. The maximum energy of accelerated electrons is 2 MeV. Average power of an electronic stream is up to 20 kW. Efficiency ~ 20%.
Конструкция прототипа имеет значительные габариты и массу, низкий КПД, невысокую надежность и долговечность, а также нестабильность режима ускорения, что обусловлено следующими причинами.The design of the prototype has significant dimensions and weight, low efficiency, low reliability and durability, as well as the instability of the acceleration mode, due to the following reasons.
Выполнение резонатора составным из двух отделенных зазорами половин приводит к увеличению высокочастотных потерь, снижению добротности резонатора и снижению КПД. Размещение лампы с внешней стороны резонатора, а также смещение лампы от оси резонатора уменьшает величину связи лампы с резонатором и снижает КПД.The execution of the cavity with a composite of two halves separated by gaps leads to an increase in high-frequency losses, a decrease in the quality factor of the cavity, and a decrease in efficiency. The placement of the lamp on the outer side of the resonator, as well as the displacement of the lamp from the axis of the resonator, reduces the coupling between the lamp and the resonator and reduces the efficiency.
Излучатель электронов имеет значительные поперечные размеры, определяемые в основном задаваемой рабочей частотой резонатора, и увеличенные продольные размеры, обусловленные размещением генераторной лампы за пределами резонатора. По этим же причинам, а также из-за того, что резонатор помещен в громоздкий резонаторный бак, излучатель электронов имеет значительную массу. Кроме того, для эффективной работы излучателя электронов при невысоком КПД требуются громоздкие и электроемкие источники питания, что также увеличивает габариты и массу устройства в целом.The electron emitter has significant transverse dimensions, determined mainly by the specified operating frequency of the resonator, and increased longitudinal dimensions due to the placement of the generator lamp outside the cavity. For the same reasons, and also because the resonator is placed in a bulky resonator tank, the electron emitter has a significant mass. In addition, for the efficient operation of an electron emitter with a low efficiency, bulky and power-consuming power sources are required, which also increases the overall dimensions and weight of the device.
Излучатель электронов данной конструкции имеет двухконтурную систему связи, что может привести к возможности паразитного самовозбуждения генераторной лампы на частоте контура связи и к неустойчивой работе лампы на рабочей частоте резонатора, что снижает надежность и стабильность работы излучателя электронов.The electron emitter of this design has a dual-circuit communication system, which can lead to the possibility of spurious self-excitation of the generator lamp at the frequency of the communication circuit and to unstable lamp operation at the operating frequency of the resonator, which reduces the reliability and stability of the electron emitter.
Конструкция содержит ряд элементов с пониженной прочностью (например, поддерживающие резонатор опоры), что снижает вибропрочность и ударопрочность всей конструкции.The design contains a number of elements with reduced strength (for example, supports supporting the resonator), which reduces vibration and shock resistance of the entire structure.
Резонатор разделен на две половины, что снижает его добротность. Наличие малых зазоров между половинами резонатора и между резонатором и резонаторным баком ограничивает электрическую прочность из-за возможности пробоев, что также приводит к снижению надежности и долговечности излучателя электронов.The resonator is divided into two halves, which reduces its quality factor. The presence of small gaps between the halves of the resonator and between the resonator and the resonator tank limits the electric strength due to the possibility of breakdowns, which also leads to a decrease in the reliability and durability of the electron emitter.
Задачей изобретения является создание компактной высокоэнергетичной с высоким КПД и повышенной устойчивостью к пробоям конструкции излучателя электронов, обладающей увеличенной надежностью и долговечностью, пригодной для промышленного производства и эксплуатации.The objective of the invention is to provide a compact high-energy with high efficiency and increased resistance to breakdowns of the design of the electron emitter, with increased reliability and durability, suitable for industrial production and operation.
Предлагаемый излучатель электронов обеспечивает формирование высокоэнергетичного потока электронов с КПД не менее 30% на рабочей частоте ~300 МГц, имеет уменьшенные (~ в три раза) по сравнению с прототипом поперечные размеры, уменьшенную длину, повышенную электрическую прочность. Излучатель обладает повышенной надежностью и долговечностью, позволяет создать технологичную отпаянную конструкцию, пригодную для изготовления на ее основе как стационарных, так и мобильных (переносных или перевозимых на транспорте) устройств для радиационной технологии.The proposed electron emitter provides the formation of a high-energy electron flow with an efficiency of at least 30% at an operating frequency of ~ 300 MHz, has reduced (~ three times) transverse dimensions, reduced length, increased dielectric strength compared to the prototype. The emitter has increased reliability and durability, it allows you to create a technological sealed design suitable for the manufacture of both stationary and mobile (portable or transported by transport) devices for radiation technology.
Предлагается излучатель электронов, содержащий вакуумированный полуволновый коаксиальный резонатор, генератор высокочастотной мощности, элемент связи генератора с резонатором и размещенное соосно с резонатором устройство для вывода электронов, резонатор содержит первый и второй полые внутренние проводники, распложенные соосно и отделенные друг от друга высокочастотным зазором, в полости первого внутреннего проводника со стороны его свободного торца размещен инжектор электронов, катод которого обращен в сторону торца второго внутреннего проводника, основание второго внутреннего проводника обращено в сторону устройства для вывода электронов и соединено с торцевой стенкой резонатора, при этом генератор высокочастотной мощности выполнен в виде высокочастотного тетрода, содержащего тетродную пушку и коаксиально окружающий ее радиальный анод, размещенные в полости резонатора между первым внутренним проводником и торцевой стенкой резонатора соосно резонатору, первый внутренний проводник соединен с радиальным анодом и жестко скреплен с внешним проводником резонатора с помощью размещенного между ними опорного диэлектрического изолятора, элемент связи выполнен в виде закрепленной на радиальном аноде полой проводящей торообразной насадки, коаксиально окружающей анод.An electron emitter is proposed, comprising a vacuum half-wave coaxial resonator, a high-frequency power generator, an element for coupling the generator to the resonator and an electron output device arranged coaxially with the resonator, the resonator comprising first and second hollow internal conductors arranged coaxially and separated from each other by a high-frequency gap in the cavity the first inner conductor from the side of its free end there is an electron injector, the cathode of which is facing the end of the second inner of the lower conductor, the base of the second inner conductor is facing the electron output device and connected to the end wall of the resonator, while the high-frequency power generator is made in the form of a high-frequency tetrode containing a tetrode gun and a radial anode coaxially surrounding it, placed in the cavity of the resonator between the first inner conductor and the end wall of the resonator coaxial to the resonator, the first inner conductor is connected to the radial anode and rigidly bonded to the outer conductor of the resonance the torus via the support disposed therebetween a dielectric insulator, the element is designed as a connection fixed at a radial hollow anode conductive toroidal nozzle coaxially surrounding the anode.
В предлагаемом излучателе электронов опорный изолятор выполнен в виде расположенного соосно с резонатором полого усеченного конуса, большее основание которого обращено в сторону тетродной пушки.In the proposed emitter of electrons, the reference insulator is made in the form of a hollow truncated cone located coaxially with the resonator, the larger base of which faces the tetrode gun.
В предлагаемом излучателе электронов с внешней стороны радиального анода размещены рубашки охлаждения.In the proposed emitter of electrons on the outside of the radial anode placed cooling jacket.
В предлагаемом излучателе электронов второй внутренний проводник выполнен в виде полого усеченного конуса, большее основание которого обращено в сторону устройства для вывода электронов.In the proposed emitter of electrons, the second inner conductor is made in the form of a hollow truncated cone, the larger base of which is facing the device for outputting electrons.
В предлагаемом излучателе электронов между полуволновым коаксиальным резонатором и устройством для вывода электронов соосно размещен, по крайней мере, один дополнительный полуволновый коаксиальный резонатор, который содержит соосно расположенные первый и второй полые внутренние проводники, отделенные друг от друга высокочастотным зазором, в общей торцевой стенке каждой пары смежных резонаторов выполнен элемент связи резонаторов, при этом излучатель электронов снабжен системой магнитной реверсивной фокусировки, размещенной с внешней стороны резонаторов.At least one additional half-wave coaxial resonator is arranged coaxially in the proposed electron emitter between the half-wave coaxial resonator and the electron output device, which comprises first and second hollow inner conductors coaxially separated from each other by a high-frequency gap in the common end wall of each pair adjacent resonators made element coupling resonators, while the emitter of electrons is equipped with a system of magnetic reversed focusing, placed with external her side of the resonator.
В предлагаемом излучателе электронов элемент связи резонаторов выполнен в виде двойной петли.In the proposed electron emitter, the coupling element of the resonators is made in the form of a double loop.
В предлагаемом излучателе электронов устройство для вывода электронов содержит фольговое окно, встроенное в торцевую стенку резонатора и вакуумноплотно соединенное с ней.In the proposed electron emitter, the electron output device comprises a foil window integrated in the end wall of the resonator and vacuum tightly connected to it.
В предлагаемом излучателе электронов устройство для вывода электронов содержит фольговое окно, вакуумноплотно соединенное с большим торцом проводящего раструба, установленного снаружи резонатора и соединенного с ним через отверстие в торцевой стенке.In the proposed electron emitter, the electron output device comprises a foil window, vacuum-tightly connected to the large end of the conductive socket mounted outside the resonator and connected to it through an opening in the end wall.
В отличие от прототипа, имеющего рабочую частоту 100 МГц, предлагаемый излучатель электронов работает на частоте 300 МГц, что позволяет значительно (примерно в три раза) сократить его поперечные размеры.In contrast to the prototype, having an operating frequency of 100 MHz, the proposed electron emitter operates at a frequency of 300 MHz, which can significantly (approximately three times) reduce its transverse dimensions.
Использование в предлагаемом излучателе электронов полуволнового коаксиального резонатора позволяет (как и в прототипе) вдвое увеличить энергию электронов по сравнению с конструкцией на основе четвертьволновых резонаторов.The use of the proposed electron emitter of a half-wave coaxial resonator allows (as in the prototype) to double the energy of electrons in comparison with the design based on quarter-wave resonators.
В предлагаемой конструкции отсутствуют отдельные баки или корпуса для размещения в них резонатора и генератора. Тетродная пушка и радиальный анод генератора высокочастотной мощности установлены непосредственно в вакуумированной полости резонатора, единый внешний проводник которого образует боковую стенку корпуса излучателя, что ведет к сокращению продольных и поперечных габаритов излучателя и уменьшению его массы. Резонатор имеет более высокую (до 5·103) добротность и повышенную устойчивость к электрическим пробоям.In the proposed design, there are no separate tanks or bodies for placement of a resonator and generator in them. The tetrode gun and the radial anode of the high-frequency power generator are installed directly in the evacuated cavity of the resonator, the single external conductor of which forms the side wall of the emitter housing, which reduces the longitudinal and transverse dimensions of the emitter and reduces its mass. The resonator has a higher (up to 5 · 10 3 ) quality factor and increased resistance to electrical breakdowns.
Элемент связи (торообразная насадка) электрически соединен с анодом генератора и первым внутренним проводником резонатора. Необходимая величина емкости связи набирается в основном в емкостном зазоре между элементом связи и близлежащими стенками резонатора, образующими в совокупности протяженный конденсатор. Выполнение элемента связи в виде полой торообразной насадки, окружающей радиальный анод, позволяет получить достаточную длину суммарного емкостного зазора между соединенной с анодом насадкой и стенками резонатора, образованными внешним проводником и торцом резонатора, что обеспечивает необходимую величину емкости связи генератора с резонатором и, следовательно, высокий КПД. Такая конструкция позволяет получить заданную ширину ВЧ зазоров между внутренними и внешними проводящими элементами резонатора для обеспечения необходимой электрической прочности.The communication element (toroidal nozzle) is electrically connected to the anode of the generator and the first internal conductor of the resonator. The required value of the coupling capacitance is typed mainly in the capacitive gap between the coupling element and the adjacent cavity walls, which together form an extended capacitor. The implementation of the communication element in the form of a hollow toroidal nozzle surrounding the radial anode allows you to obtain a sufficient length of the total capacitive gap between the nozzle connected to the anode and the walls of the resonator formed by the external conductor and the end of the resonator, which provides the necessary value of the coupling capacitance of the generator with the resonator and, therefore, high Efficiency. This design allows you to get the specified width of the RF gaps between the internal and external conductive elements of the resonator to provide the necessary electrical strength.
Использованный в качестве генератора ВЧ тетрод имеет в отличие от триода дополнительную (экранную) сетку, которая защищает катод от пробоев, что увеличивает его долговечность. Радиальная конструкция ВЧ тетрода позволяет иметь увеличенную площадь катода, следовательно, с него можно снимать увеличенный ток и обеспечить более высокую мощность генератора и излучателя в целом. Соосное размещение тетродной пушки, радиального анода и резонатора также увеличивает емкостную связь генератора с резонатором, что повышает эффективность передачи высокочастотной энергии от генератора к резонатору и КПД излучателя электронов.The RF tetrode used as a generator, unlike a triode, has an additional (screen) grid that protects the cathode from breakdowns, which increases its durability. The radial design of the RF tetrode allows you to have an increased cathode area, therefore, it is possible to remove the increased current from it and provide higher power to the generator and emitter as a whole. Coaxial placement of the tetrode gun, radial anode and resonator also increases the capacitive coupling of the generator with the resonator, which increases the efficiency of high-frequency energy transfer from the generator to the resonator and the efficiency of the electron emitter.
Размещенный в полости резонатора опорный диэлектрический изолятор выполняет одновременно несколько функций:The reference dielectric insulator located in the cavity of the resonator simultaneously performs several functions:
- обеспечивает подачу на анод потенциала, отличного от потенциала внешнего проводника резонатора,- provides a supply to the anode of a potential different from the potential of the external conductor of the resonator,
- является элементом крепления первого внутреннего проводника резонатора с размещенным в его полости инжектором электронов и анода с насадкой к внешнему проводнику резонатора,- is an element of fastening of the first inner conductor of the resonator with an electron injector and anode placed in its cavity with a nozzle to the outer conductor of the resonator,
- является элементом емкостной связи генератора с резонатором,- is an element of capacitive coupling of the generator with the resonator,
- является окном связи между основной полостью резонатора, включающей первый и второй внутренние проводники резонатора, и дополнительной полостью резонатора, включающей генератор с элементом связи.- is a communication window between the main cavity of the resonator, including the first and second internal conductors of the resonator, and an additional cavity of the resonator, including a generator with a communication element.
Основная и дополнительная полости резонатора образуют единый вакуумный объем и соединены друг с другом через сквозные отверстия в элементах, соединяющих диэлектрический изолятор с проводниками резонатора. Требуемая величина вакуума в едином вакуумном объеме резонатора может поддерживаться, например, с помощью миниатюрного встроенного насоса, подсоединенного к той или иной полости резонатора. При этом генератор возбуждает весь объем резонатора.The main and additional cavity of the resonator form a single vacuum volume and are connected to each other through through holes in the elements connecting the dielectric insulator with the conductors of the resonator. The required vacuum value in a single vacuum cavity volume can be maintained, for example, using a miniature built-in pump connected to one or another cavity of the resonator. In this case, the generator excites the entire volume of the resonator.
Конусная форма диэлектрического изолятора увеличивает его механическую жесткость и позволяет, во-первых, удалить внутренние проводники резонатора от внешнего проводника на достаточное расстояние, обеспечивающее требуемую электрическую прочность, во-вторых, предотвратить возможность возникновения скользящего электрического разряда по поверхности изолятора, что характерно для изоляторов, выполненных, например, в виде шайбы или цилиндра.The conical shape of the dielectric insulator increases its mechanical rigidity and allows, firstly, to remove the internal conductors of the resonator from the external conductor by a sufficient distance providing the required electrical strength, and secondly, to prevent the possibility of a sliding electric discharge on the surface of the insulator, which is typical for insulators, made, for example, in the form of a washer or cylinder.
Радиальный анод ВЧ тетрода соединен с первым внутренним проводником резонатора, что позволяет получить высокую теплопроводность этого узла, на котором происходит основное выделение тепла в излучателе, и обеспечить эффективное охлаждение его с помощью жидкости, подаваемой в рубашки охлаждения, которые размещены с внешней стороны радиального анода. Это дает возможность использовать в излучателе более мощный ВЧ тетрод.The radial anode of the RF tetrode is connected to the first internal conductor of the resonator, which makes it possible to obtain high thermal conductivity of this assembly, on which the main heat is generated in the emitter, and to ensure its effective cooling using the liquid supplied to the cooling jackets, which are located on the outside of the radial anode. This makes it possible to use a more powerful RF tetrode in the emitter.
Выполнение второго внутреннего проводника в виде полого усеченного конуса предотвращает оседание на его поверхности электронного потока, расходящегося под действием пространственного заряда, в результате чего не требуется применение дополнительной магнитной фокусировки электронного потока.The implementation of the second inner conductor in the form of a hollow truncated cone prevents the deposition of an electron beam diverging on the surface of it, diverging under the influence of a space charge, as a result of which additional magnetic focusing of the electron beam is not required.
Введение в конструкцию излучателя электронов дополнительных полуволновых коаксиальных резонаторов позволяет последовательно наращивать энергию ускоренных электронов и получать на выходе излучателя высокоэнергетичные электронные потоки. Элемент связи, выполненный в виде двойной петли, обеспечивает конструктивно простую индуктивную связь между смежными резонаторами. Фокусировка электронного потока обеспечивается системой магнитной реверсивной фокусировки.The introduction of additional half-wave coaxial resonators into the design of the electron emitter makes it possible to sequentially increase the energy of accelerated electrons and obtain high-energy electron flows at the emitter output. The coupling element, made in the form of a double loop, provides a structurally simple inductive coupling between adjacent resonators. The focus of the electron beam is provided by a magnetic reverse focusing system.
Использование в устройстве для вывода электронов окна из тонкой металлической фольги обеспечивает эффективный вывод электронного потока из вакуумного объема в атмосферу. Для получения на выходе излучателя более широкого электронного потока устройство для вывода электронов снабжают раструбом для развертывания электронов с помощью внешнего магнитного поля.The use of a window from a thin metal foil in the device for electron extraction provides an effective output of the electron flow from the vacuum volume to the atmosphere. In order to obtain a wider electron stream at the output of the emitter, the electron output device is provided with a bell for deploying electrons using an external magnetic field.
Генератор высокочастотной мощности (ВЧ тетрод) охвачен цепью обратной связи и представляет собой автогенератор. При этом полуволновый коаксиальный резонатор является одновременно анодным резонатором ВЧ тетрода и ускоряющим резонатором излучателя электронов.The high-frequency power generator (HF tetrode) is covered by a feedback circuit and is a self-oscillator. In this case, the half-wave coaxial resonator is simultaneously the anode resonator of the RF tetrode and the accelerating resonator of the electron emitter.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 изображена конструкция однорезонаторного излучателя электронов.Figure 1 shows the design of a single resonator emitter of electrons.
На фиг.2 изображена конструкция трехрезонаторного излучателя электронов.Figure 2 shows the design of a three-resonator emitter of electrons.
Излучатель электронов, показанный на фиг.1, содержит следующие элементы:The electron emitter shown in figure 1, contains the following elements:
1 - полуволновый коаксиальный резонатор,1 - half-wave coaxial resonator,
2 - ускоряющий высокочастотный зазор,2 - accelerating high-frequency gap,
3 - внешний проводник коаксиального резонатора,3 - external conductor of the coaxial resonator,
4 - первый внутренний проводник коаксиального резонатора,4 - the first inner conductor of the coaxial resonator,
5 - второй внутренний проводник коаксиального резонатора,5 - the second inner conductor of the coaxial resonator,
6, 7 - торцевые стенки коаксиального резонатора,6, 7 - end walls of the coaxial resonator,
8 - фольговое окно устройства для вывода электронов,8 - foil window of a device for outputting electrons,
9 - опорная решетка фольгового окна устройства для вывода электронов,9 - supporting lattice of the foil window of the device for electron output
10 - катод инжектора электронов,10 - cathode of the electron injector,
11 - сетка инжектора электронов,11 - grid electron injector,
12 - изолятор катода инжектора электронов,12 - insulator of the cathode of the electron injector,
13 - изолятор сетки инжектора электронов,13 - insulator mesh electron injector,
14 - катодная ножка ВЧ тетрода,14 - cathode leg of the RF tetrode,
15 - подогреватель катода ВЧ тетрода,15 - cathode heater RF tetrode,
16 - катод ВЧ тетрода,16 - cathode of the RF tetrode,
17 - управляющая сетка ВЧ тетрода,17 - control grid RF tetrode,
18 - экранная сетка ВЧ тетрода,18 - screen mesh RF tetrode,
19 - радиальный анод ВЧ тетрода,19 - radial anode of the RF tetrode,
20 - изолятор вывода анода ВЧ тетрода,20 - insulator output anode RF tetrode,
21 - торообразная насадка,21 - toroidal nozzle,
22 - отверстия в торообразной насадке,22 - holes in the toroidal nozzle,
23 - рубашки охлаждения,23 - cooling shirts,
24 - трубки для ввода/вывода охлаждающей жидкости,24 - tubes for input / output of coolant,
25 - опорный диэлектрический изолятор,25 - reference dielectric insulator,
26 - отверстия для соединения вакуумных полостей резонатора.26 - holes for connecting the vacuum cavities of the resonator.
Катодная ножка 14 ВЧ тетрода встроена в торцевую стенку 7 резонатора 1. На размещенной в вакуумной полости резонатора части катодной ножки закреплены электрически изолированные друг от друга с помощью диэлектрических изоляторов концентрично установленные подогреватель 15, катод 16, управляющая 17 и экранная 18 сетки ВЧ тетрода. При этом экранная сетка 18 электрически соединена с торцевой стенкой 7. В качестве катода инжектора может быть использован автокатод. Выступающая за пределы резонатора в атмосферу часть катодной ножки снабжена концентрично расположенными выводами подогревателя, катода и сеток ВЧ тетрода, что удобно для подсоединения к ним коаксиальных разъемов внешних устройств, в том числе разъемов источников питания и цепи обратной связи.The cathode leg 14 of the RF tetrode is integrated into the end wall 7 of the
Система охлаждения анода тетрода включает рубашки охлаждения 23 и трубки для ввода/вывода охлаждающей жидкости 24, которые используют одновременно и как вывод анода. При этом торообразная насадка 21 охватывает рубашки охлаждения. Для выравнивания давления внутри и снаружи насадки в ней выполнены сквозные отверстия 22.The tetrode anode cooling system includes cooling jackets 23 and pipes for input / output of the cooling liquid 24, which are used simultaneously and as the output of the anode. In this case, the toroidal nozzle 21 covers the cooling jacket. To equalize the pressure inside and outside the nozzle, through holes 22 are made in it.
Катодная ножка 14 ВЧ тетрода и опорная решетка 9 с фольговым окном 8 устройства для вывода электронов вакуумноплотно закреплены (например, путем сварки или пайки) в торцевых стенках 7 и 6 соответственно. Первый внутренний проводник 4 резонатора 1, размещенный в полости проводника 4 инжектор электронов и радиальный анод 19 с торообразной насадкой 21 жестко скреплены друг с другом и образуют единый узел, который с помощью опорного диэлектрического изолятора 25 жестко закреплен во внешнем проводнике 3 резонатора 1. Второй внутренний проводник 5 жестко скреплен с торцевой стенкой 6. Такая конструкция обеспечивает высокую механическую прочность и виброустойчивость излучателя электронов.The cathode leg 14 of the RF tetrode and the
Излучатель электронов, показанный на фиг.2, дополнительно содержит следующие элементы:The electron emitter shown in figure 2, further comprises the following elements:
27, 28 - первый и второй дополнительные полуволновые коаксиальные резонаторы,27, 28 - the first and second additional half-wave coaxial resonators,
29, 30 - первый и второй внутренние проводники первого дополнительного коаксиального резонатора,29, 30 - the first and second inner conductors of the first additional coaxial resonator,
31, 32 - первый и второй внутренние проводники второго дополнительного коаксиального резонатора,31, 32 - the first and second inner conductors of the second additional coaxial resonator,
33 - двойная петля индуктивной связи,33 - double loop inductive coupling,
34 - проводящий раструб устройства для вывода электронов,34 - conductive bell device for outputting electrons,
35 - магниты системы магнитной реверсивной фокусировки,35 - magnets of a magnetic reverse focusing system,
36 - магнитная система для развертывания электронного потока.36 is a magnetic system for deploying an electron beam.
Излучатель электронов, изображенный на фиг.1, работает следующим образом.The emitter of electrons depicted in figure 1, operates as follows.
На подогреватель катода 15 ВЧ тетрода подают ток накала катода, на управляющую сетку 17 и анод 19 подают соответствующие сеточное и анодное напряжения. Катод 16 ВЧ тетрода эмитирует электроны, которые проходят через управляющую 17 и экранную 18 сетки и попадают на радиальный анод 19. При этом возбуждается автогенератор и на ускоряющем ВЧ зазоре 2, образованном торцами внутренних проводников 4, 5 резонатора, возникает напряжение высокочастотных колебаний. Включают инжектор электронов. С катода 10 инжектора электронов выходит электронный поток, проходит через сетку 11 и ускоряется в ВЧ зазоре 2 резонатора 1. Далее ускоренный электронный поток проходит через полость второго внутреннего проводника 5 резонатора 1 и выводится в атмосферу через фольговое окно 8.The cathode glow current is supplied to the cathode heater 15 of the RF tetrode, and the corresponding grid and anode voltages are supplied to the control grid 17 and the anode 19. The cathode 16 of the RF tetrode emits electrons that pass through the control 17 and the screen 18 of the grid and fall on the radial anode 19. In this case, the self-oscillator is excited and on the accelerating
Излучатель электронов, изображенный на фиг.2, работает следующим образом.The electron emitter shown in figure 2, operates as follows.
Также как в излучателе электронов, показанном на фиг.1, полуволновый коаксиальный резонатор 1 возбуждают встроенным ВЧ тетродом. Электронный поток, эмитируемый инжектором электронов, ускоряется в ВЧ зазоре 2. Затем он проходит через соединенные вместе второй внутренний проводник 5 резонатора 1 и первый внутренний проводник 29 первого дополнительного резонатора 27, проходит через ВЧ зазор резонатора 27 и дополнительно ускоряется в нем. Ускоренный электронный поток проходит через соединенные вместе второй внутренний проводник 30 резонатора 27 и первый внутренний проводник 31 второго дополнительного резонатора 28, проходит через ВЧ зазор резонатора 28 и ускоряется в нем. Далее электронный поток проходит через полость второго внутреннего проводника 32 резонатора 28, входит в проводящий раструб 34 устройства для вывода электронов, где он разворачивается посредством магнитного поля внешнего магнита 36, и выводится в атмосферу через фольговое окно 8.As in the electron emitter shown in FIG. 1, a half-wave
Предлагаемая конструкция излучателя электронов позволяет сократить его габариты и массу, значительно повысить КПД, обеспечить стабильность режима ускорения и устойчивость к пробоям, а также повысить надежность и долговечность. Конструкция технологична в изготовлении и эксплуатации.The proposed design of the electron emitter can reduce its size and weight, significantly increase efficiency, ensure stability of the acceleration mode and resistance to breakdowns, as well as increase reliability and durability. The design is technologically advanced in manufacturing and operation.
Источники информацииInformation sources
1. Авторское свидетельство СССР №776529, МКИ: Н 05 Н 9/00, опубл. 07.01.1982 г.1. USSR author's certificate No. 776529, MKI: N 05
2. Авторское свидетельство СССР №1186063, МКИ: Н 05 Н 9/00, опубл. 30.03.1984 г.2. USSR Author's Certificate No. 1186063, MKI: N 05
3. Абрамян Е.А. «Промышленные ускорители электронов», М.: Энергоиздат, 1986, с.112-113.3. Abrahamyan EA "Industrial electron accelerators", Moscow: Energoizdat, 1986, pp. 112-113.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005109274/06A RU2281621C1 (en) | 2005-04-01 | 2005-04-01 | Emitter of electrons |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005109274/06A RU2281621C1 (en) | 2005-04-01 | 2005-04-01 | Emitter of electrons |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2281621C1 true RU2281621C1 (en) | 2006-08-10 |
Family
ID=37059739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005109274/06A RU2281621C1 (en) | 2005-04-01 | 2005-04-01 | Emitter of electrons |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2281621C1 (en) |
-
2005
- 2005-04-01 RU RU2005109274/06A patent/RU2281621C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4185213A (en) | Gaseous electrode for MHD generator | |
| KR20150054004A (en) | Electron-coupled transformer | |
| KR19980071355A (en) | Plasma Generator and Ion Source Using the Same | |
| US4751429A (en) | High power microwave generator | |
| US3169206A (en) | High frequency tube method and apparatus | |
| CA1078962A (en) | Magnetron slot mode absorber | |
| US3346766A (en) | Microwave cold cathode magnetron with internal magnet | |
| KR20030081060A (en) | High-frequency electron source, in particular a neutralizer | |
| US3471739A (en) | High frequency electron discharge device having an improved depressed collector | |
| US6084353A (en) | Coaxial inductive output tube having an annular output cavity | |
| US3312857A (en) | Microwave amplifier utilizing multipaction to produce periodically bunched electrons | |
| RU2281621C1 (en) | Emitter of electrons | |
| US3436588A (en) | Electrostatically focused klystron having cavities with common wall structures and reentrant focusing lens housings | |
| US3376463A (en) | Crossed field microwave tube having toroidal helical slow wave structure formed by a plurality of spaced slots | |
| US3255377A (en) | Reverse magnetron with cathode support structure | |
| WO2011016885A1 (en) | Power generator | |
| RU2342733C1 (en) | Device for voltage electric pulses generation | |
| CN105161389B (en) | Microwave-modulated cold cathode micro radiation source and implementing method thereof | |
| RU2306685C1 (en) | Charged particle accelerator | |
| RU2349983C1 (en) | Microwave power emitter (versions) | |
| US3483420A (en) | Klystron amplifier employing helical distributed field buncher resonators and a coupled cavity extended interaction output resonator | |
| JPH088159B2 (en) | Plasma generator | |
| RU2084042C1 (en) | Reflection oscillator | |
| RU2286615C1 (en) | X-ray emitter | |
| RU2379782C1 (en) | Device for generating electrical voltage pulses |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090402 |