RU2376731C1 - Устройство для генерации импульсных пучков быстрых электронов в воздушном промежутке атмосферного давления - Google Patents
Устройство для генерации импульсных пучков быстрых электронов в воздушном промежутке атмосферного давления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2376731C1 RU2376731C1 RU2008112458/06A RU2008112458A RU2376731C1 RU 2376731 C1 RU2376731 C1 RU 2376731C1 RU 2008112458/06 A RU2008112458/06 A RU 2008112458/06A RU 2008112458 A RU2008112458 A RU 2008112458A RU 2376731 C1 RU2376731 C1 RU 2376731C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- electrons
- anode
- pulsed
- atmospheric pressure
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Устройство для генерации импульсных пучков быстрых электронов (электронов с энергиями от нескольких десятков кэВ до нескольких сотен кэВ) с большой плотностью (до нескольких десятков А/см2) в газонаполненном промежутке атмосферного давления. Устройство представляет собой газонаполненный диод атмосферного давления. Анод в виде тонкой металлической фольги, закрепленной на заземленном металлическом цилиндре, который является корпусом разрядной камеры, катод в виде сплошного цилиндра с плоской поверхностью эмиссии. Вокруг всей боковой поверхности катода, а также перекрывая часть разрядного промежутка, расположена цилиндрическая кварцевая трубка, имеющая с катодом жесткий механический контакт. На катод подается импульсный потенциал с источника импульсного напряжения. Под действием напряжения между катодом и анодом начинается эмиссия электронов с катода. Часть электронов приобретает энергию, достаточную для перехода в режим непрерывного ускорения, и формирует импульсный электронный пучок, который выводится из разрядной камеры через анод. Цилиндрическая кварцевая трубка при этом препятствует уходу электронов на стенки разрядной камеры, а также выравнивает силовые линии электрического поля вдоль оси катод-анод, что уменьшает расходимость электронного пучка, увеличивая его плотность. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области сильноточной электроники и может быть использовано для генерации импульсных пучков быстрых электронов (электронов с энергиями от нескольких десятков кэВ до нескольких сотен кэВ) с большой плотностью (до нескольких десятков А/см2) в газонаполненных промежутках атмосферного давления.
Существуют несколько устройств для получения пучков быстрых электронов. Одно из них представляет собой вакуумный диод, в котором импульсное электрическое напряжение создается между острийным металлическим катодом и анодом в виде тонкой металлической фольги, через которую осуществляется вывод электронов (М.И.Яландин, В.Г.Шпак. Мощные малогабаритные импульсно-периодические генераторы субнаносекундного диапазона.//ПТЭ, 2001, №3, с.5-31 - аналог). Плотности тока импульсных пучков быстрых электронов, создаваемых с помощью этого устройства, достигают нескольких сотен А/см2. Недостаток данного устройства состоит в ограниченном сроке службы. Он составляет 105-106 импульсов, после чего целостность анодной фольги нарушается и диод теряет герметичность. Вследствие большой расходимости пучка плотность тока на его оси сильно снижается с расстоянием (В.Г.Шпак. Измерение энергетических характеристик наносекундного электронного пучка, выведенного в воздух через фольгу.//ЛПТЭ, 1980, №3, с.165-167), что также является недостатком.
Другое устройство представляет собой газонаполненный диод атмосферного давления, что автоматически устраняет недостаток малого срока службы, как в предыдущем случае. Принцип генерации импульсных электронных пучков остается тем же самым (Г.А.Месяц, В.Г.Шпак, С.А.Шунайлов, М.И.Яландин. Источник электронов и режим ускорения пикосекундного пучка в газовом диоде с неоднородным полем.// Письма в ЖТФ, т.34, №4, с.71-81 - прототип). В этом случае плотность электронного тока в импульсе, фиксируемая за анодом, на два порядка меньше тока, получаемого с помощью вакуумного диода, что существенно суживает область применения такого пучка. При этом расходимость пучка остается той же.
Задачей предложенного изобретения является частичная компенсация недостатков прототипа и значительное увеличение плотности тока импульсного пучка быстрых электронов. Для решения этой задачи предлагается следующее устройство: газонаполненный диод атмосферного давления, имеющий цилиндрический, сплошной катод с плоской поверхностью эмиссии и анод в виде тонкой металлической фольги, закрепленный на металлическом цилиндре, который служит корпусом разрядной камеры и является обратным токопроводом. Вокруг всей боковой поверхности катода, а также перекрывая часть межэлектродного промежутка, расположена цилиндрическая кварцевая трубка, имеющая с катодом жесткий механический контакт. Кварцевая трубка препятствует уходу электронов на стенки разрядной камеры, а также выравнивает силовые линии электрического поля вдоль оси катод-анод в газоразрядном промежутке, что уменьшает расходимость электронного пучка. Межэлектродное расстояние L определяется величиной приведенной напряженности электрического поля Е/р-[В/(см·атм)] (Е - напряженность электрического поля, р - давление газовой среды), которая должна быть достаточной, чтобы некоторая часть электронов, эмитированных с катода, перешла в режим непрерывного ускорения. Электроны, перешедшие в режим непрерывного ускорения, создают импульсный пучок. Расстояние h от эмитирующей поверхности катода до основания цилиндрической кварцевой трубки, находящегося в межэлектродном промежутке, ограничено неравенством 0<h<A, где А - расстояние, при котором между основанием цилиндрической кварцевой трубки, находящимся в межэлектродном промежутке, и анодом происходит искровой разряд - в этом случае электрическая проводимость межэлектродного промежутка резко возрастает и перехода электронов в режим непрерывного ускорения не наблюдается.
Главным отличием предлагаемого устройства является использование при импульсном разряде в газе атмосферного давления цилиндрической кварцевой трубки, имеющей механически жесткий контакт с катодом и перекрывающей всю его боковую поверхность и часть разрядного промежутка. На фиг.1 приведена схема разрядной камеры, где 1 - анод из тонкой фольги, 2 - цилиндрический катод, 3 - цилиндрическая кварцевая трубка, 4 - металлический цилиндр, который служит корпусом разрядной камеры и является обратным токопроводом. На цилиндрический катод 2 подается импульсный потенциал. Далее под действием напряжения между катодом и заземленным анодом 1, закрепленным на металлическом цилиндре 4, начинается эмиссия электронов с катода. Часть электронов эмитированных с катода приобретает энергию, достаточную для перехода в режим непрерывного ускорения, и формирует электронный пучок. Кварцевая трубка 3 препятствует уходу электронов на стенки разрядной камеры, а также выравнивает силовые линии электрического поля вдоль оси катод-анод в газоразрядном промежутке, что уменьшает расходимость электронного пучка. Полученный пучок выводится через анод. Оптимальное межэлектродное расстояние L (фиг.1), т.е. такое, при котором наблюдается наибольшая плотность импульсного пучка быстрых электронов, определяется величиной приведенной напряженности электрического поля E/N, где Е - напряженность электрического поля, N - концентрация молекул газа. Приведенная напряженность электрического поля должна быть достаточной, чтобы некоторая часть электронов, эмитированных с катода, перешла в режим непрерывного ускорения. Расстояние h (фиг.1) ограничивается неравенством 0<h<A, где А - расстояние, при котором между основанием цилиндрической трубки, находящимся в межэлектродном промежутке, и анодом происходит искровой разряд, что недопустимо, т.к. в этом случае перехода части электронов в режим непрерывного ускорения не наблюдается.
Плотность тока пучка быстрых электронов в проведенных экспериментах определялась по яркости свечения люминофора ZnSCdS:Ag под действием этого пучка. Люминофор был нанесен на подложку из плотной белой бумаги и расположен непосредственно на аноде. Яркость свечения люминофора измерялась с помощью ФЭУ-100, показания которого фиксировались осциллографом Tektronics TDS 360. На катод подавались импульсы амплитудой - 220 кВ длительностью 2 нс и фронтом 0,7 нс с источника импульсного напряжения РАДАН 220. Анод представлял собой алюминиевую фольгу толщиной 20 мкм. Разрядная камера закрепляется непосредственно на источнике импульсного напряжения РАДАН-220.
В частности, были получены зависимости плотности тока импульсного пучка быстрых электронов от комбинации расстояний h и L, а также найдены оптимальные диаметр и материал цилиндрического катода для наибольшей плотности тока импульсного пучка быстрых электронов. Наибольшая плотность импульсного пучка наблюдалась в случае стального (сталь 3) катода (в эксперименте использовалось 4 материала катода: медь, графит, свинец, сталь 3) диаметром 10,5 мм (в эксперименте использовались цилиндрические катоды девяти диаметров: 4,5; 6,5; 8,5; 10,5; 12,5; 14,5; 16,5; 18,5 и 20,5 мм), в конфигурации h=16 мм, L=28 мм. В данном случае оптимальные расстояния L и h определялись экспериментально. Графики зависимостей плотности тока пучка от расстояния L для h=16 мм и диаметра катода d=10,5 мм для четырех использованных материалов приведены на фиг.2. При анализе результатов эксперимента было обнаружено небольшое увеличение оптимального L при увеличении h.
Также была получена зависимость плотности импульсного пучка быстрых электронов от величины межэлектродного расстояния L в конфигурации без кварцевой трубки. Сравнение наилучших результатов, т.е. яркости свечения люминофора в конфигурациях h=20 мм, L=36 мм для графитового катода диаметром 18,5 мм; h=20 мм, L=28 мм для свинцового катода диаметром 14,5 мм; н=16 мм, L=28 мм для медного катода диаметром 12,5 мм; h=12, L=24 мм для стального катода диаметром 8,5 мм с наилучшими результатами в случае без кварцевой трубки для графитового катода диаметром 18,5 мм при L=36 мм, для свинцового катода диаметром 14,5 мм при L=28 мм, для медного катода диаметром 12,5 мм при L=40 мм и для стального катода диаметром 8,5 мм при L=32 мм показало увеличение плотности тока пучка быстрых электронов в 23,53; 3,95; 2,43 и 1,83 раза соответственно.
Claims (1)
- Устройство для генерации импульсных пучков быстрых электронов в воздушном промежутке атмосферного давления, включающее в себя сплошной цилиндрический катод, на который подается импульсный потенциал и заземленный анод в виде тонкой металлической фольги, сквозь который выводится пучок, отличающееся тем, что вокруг всей боковой поверхности катода, а также перекрывая часть межэлектродного промежутка, расположена цилиндрическая кварцевая трубка, имеющая с катодом жесткий механический контакт, при этом межэлектродное расстояние определяют величиной приведенной напряженности электрического поля Е/р, [В/см·атм], где Е - напряженность электрического поля, р - давление газовой среды, достаточной для перехода части электронов, эмитированных с катода, в режим непрерывного ускорения, а расстояние h от эмитирующей поверхности катода до основания цилиндрической кварцевой трубки, находящегося в межэлектродном промежутке, ограничено неравенством 0<h<A, где А - расстояние, при котором между основанием цилиндрической кварцевой трубки, находящимся в межэлектродном промежутке, и анодом происходит искровой разряд.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008112458/06A RU2376731C1 (ru) | 2008-03-31 | 2008-03-31 | Устройство для генерации импульсных пучков быстрых электронов в воздушном промежутке атмосферного давления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008112458/06A RU2376731C1 (ru) | 2008-03-31 | 2008-03-31 | Устройство для генерации импульсных пучков быстрых электронов в воздушном промежутке атмосферного давления |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008112458A RU2008112458A (ru) | 2009-10-10 |
RU2376731C1 true RU2376731C1 (ru) | 2009-12-20 |
Family
ID=41260328
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008112458/06A RU2376731C1 (ru) | 2008-03-31 | 2008-03-31 | Устройство для генерации импульсных пучков быстрых электронов в воздушном промежутке атмосферного давления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2376731C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2499321C1 (ru) * | 2012-05-22 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Устройство для получения стабильного микроразряда атмосферного давления |
RU2538386C1 (ru) * | 2013-08-07 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук, (ИСЭ СО РАН) | Вакуумный диод |
RU2581618C1 (ru) * | 2014-10-02 | 2016-04-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук (ИЭФ УрО РАН) | Способ генерации пучков быстрых электронов в газонаполненном промежутке и устройство для его реализации (варианты) |
-
2008
- 2008-03-31 RU RU2008112458/06A patent/RU2376731C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МЕСЯЦ Г.А. и др. Источник электронов и режим ускорения пикосекундного пучка в газовом диоде с неоднородным полем, письма в ЖТФ, т.34, №4, с.71-81. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2499321C1 (ru) * | 2012-05-22 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Устройство для получения стабильного микроразряда атмосферного давления |
RU2538386C1 (ru) * | 2013-08-07 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук, (ИСЭ СО РАН) | Вакуумный диод |
RU2581618C1 (ru) * | 2014-10-02 | 2016-04-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук (ИЭФ УрО РАН) | Способ генерации пучков быстрых электронов в газонаполненном промежутке и устройство для его реализации (варианты) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008112458A (ru) | 2009-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tarasenko et al. | Supershort electron beam from air filled diode at atmospheric pressure | |
Shao et al. | Repetitive nanosecond-pulse discharge in a highly nonuniform electric field in atmospheric air: X-ray emission and runaway electron generation | |
Tarasenko et al. | On formation of subnanosecond electron beams in air under atmospheric pressure | |
Tarasenko et al. | SLEP-150M compact supershort avalanche electron beam accelerator | |
Mesyats | On a source of outgoing electrons in a pulsed gas discharge | |
RU2376731C1 (ru) | Устройство для генерации импульсных пучков быстрых электронов в воздушном промежутке атмосферного давления | |
Krasik et al. | Plasma sources for high-current electron beam generation | |
US8081734B2 (en) | Miniature, low-power X-ray tube using a microchannel electron generator electron source | |
Krasik et al. | Intense electron emission from carbon fiber cathodes | |
Burdovitsin et al. | A plasma-cathode electron source for focused-beam generation in the fore-pump pressure range | |
Alekseev et al. | Electron beam formation in helium at elevated pressures | |
Krasik | Plasma cathode research in plasma physics and pulsed power laboratory | |
RU98633U1 (ru) | Генератор импульсного рентгеновского излучения | |
TWI339402B (en) | Gas discharge lamp | |
Gleizer et al. | Investigation of a hollow anode with an incorporated ferroelectric plasma source for generation of high-current electron beams | |
US20150345021A1 (en) | Pulsed plasma deposition device | |
Zhu et al. | An improved pulse-line accelerator-driven, intense current-density, and high-brightness pseudospark electron beam | |
Tarasenko et al. | Different modes of runaway electron beams generated in high-pressure gases | |
Krokhmal et al. | Low-pressure, high-current hollow cathode with a ferroelectric plasma source | |
Bollanti et al. | Parametric study of an x‐ray preionizer with plasma cathode | |
Inada et al. | Strong X-ray emission from electrified insulators | |
Gleizer et al. | Multicapillary cathode controlled by a ferroelectric plasma source | |
Zhu et al. | Design of high-voltage and high-brightness pseudospark-produced electron beam source for a Raman free-electron laser | |
US20230128736A1 (en) | Method for testing light-emitting diode, and a plasma generating device for implementing the method | |
RU2619774C1 (ru) | Импульсная ускорительная трубка |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180401 |