RU2494489C1 - Magnetron with selfheated startup with special activation of field-emission cathodes - Google Patents

Magnetron with selfheated startup with special activation of field-emission cathodes Download PDF

Info

Publication number
RU2494489C1
RU2494489C1 RU2012104589/07A RU2012104589A RU2494489C1 RU 2494489 C1 RU2494489 C1 RU 2494489C1 RU 2012104589/07 A RU2012104589/07 A RU 2012104589/07A RU 2012104589 A RU2012104589 A RU 2012104589A RU 2494489 C1 RU2494489 C1 RU 2494489C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
barium
magnetron
palladium
aec
cathode
Prior art date
Application number
RU2012104589/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012104589A (en
Inventor
Илларион Павлович Ли
Сергей Владимирович Комиссарчик
Николай Дмитриевич Лифанов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Плутон Инвест"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Плутон Инвест" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Плутон Инвест"
Priority to RU2012104589/07A priority Critical patent/RU2494489C1/en
Publication of RU2012104589A publication Critical patent/RU2012104589A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2494489C1 publication Critical patent/RU2494489C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Microwave Tubes (AREA)
  • Solid Thermionic Cathode (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: magnetron with selfheated startup comprises alternating field-emission cathodes (FEC), made in the form of rings of tantalum foil with thickness of ~4 mcm and secondary-emission pressed palladium-barium emitters with barium content in the amount of 11-25 wt% and open porosity of 2-27%. Generation of current of field emission, together with emission from the FEC edge, mainly depends on the flow of auto-electrons from spikes of whisker crystals with length of 10-100 nm and dimensions in cross sections - 5-20 nm, formed on the end surface of FEC under certain conditions.
EFFECT: higher stability of magnetron excitation, reliability and durability of its operation.
3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в приборах СВЧ М - типа, в частности в магнетронах сантиметрового, миллиметрового и субмиллиметрового диапазона длин волн с безнакальным запуском.The invention relates to electronic equipment and can be used in microwave devices of the M type, in particular in magnetrons of the centimeter, millimeter and submillimeter wavelength ranges with non-triggering.

Основной проблемой, возникающей при создании магнетронов подобного класса, является обеспечение стабильности и долговечности катодов в условиях интенсивной электронной и ионной бомбардировок, воздействие которых приводит к быстрой деградации параметров автоэлектронных катодов и преждевременному выходу прибора из строя.The main problem that arises when creating magnetrons of this class is to ensure the stability and durability of the cathodes under conditions of intense electron and ion bombardment, the effect of which leads to rapid degradation of the parameters of field-effect cathodes and premature failure of the device.

Известен магнетрон с безнакальным запуском (фиг.1) [1;2], содержащий анод (1) и коаксиально размещенный внутри него катодный узел, состоящий из молибденового, никелевого или ниобиевого керна (2); подогревателя (3); экранов (4) и чередующихся автоэлектронных катодов (АЭК) (5), изготовленных из танталовой фольги толщиной ~4 мкм и вторично-эмиссионных катодов (ВЭК): металлопористых вольфрам- алюминатных (МПК), оксидно-никелевых (ОК) или «литых» металлосплавных катодов (МСК) из сплава палладия с барием (6).Known magnetron with non-triggering start (Fig. 1) [1; 2], containing the anode (1) and a cathode assembly coaxially placed inside it, consisting of a molybdenum, nickel or niobium core (2); heater (3); screens (4) and alternating autoelectronic cathodes (AEC) (5) made of tantalum foil ~ 4 μm thick and secondary emission cathodes (EEC): metal-porous tungsten-aluminate (MPC), nickel oxide (OK) or “cast” metal alloy cathodes (MSCs) of an alloy of palladium with barium (6).

Основными недостатками этого магнетрона является значительный разброс и низкий уровень тока автоэлектронной эмиссии, составляющие величину:The main disadvantages of this magnetron are the significant scatter and low level of field emission current, which are:

Iаэ~0,1-1,0 мА в магнетронах, в которых используются в качестве вторично-эмиссионного катода МПК и ОК (фиг.2; таблица 1, строка 1);I ae ~ 0.1-1.0 mA in magnetrons, in which they are used as the secondary-emission cathode of the MPC and OK (figure 2; table 1, line 1);

Iаэ~0,5-3,0 мА в магнетронах, в которых используются в качестве ВЭК литые МСК из сплава палладия с барием (фиг.2; таблица 1, строка 2);I ae ~ 0.5-3.0 mA in magnetrons, in which cast MSCs from an alloy of palladium with barium are used as VEC (Fig. 2; table 1, line 2);

(Измерение тока автоэлектронной эмиссии проводилось в магнетронах, откачанных до давления остаточных газов Р~5·10-6 Па., при импульсном анодном напряжении Ua=4500 В., длительности импульса τ=6 мкс. и скважности Q=1000). Кроме этого, такой магнетрон отличается невоспроизводимостью эксплуатационных параметров и сравнительно низким процентом выхода годных приборов, составляющим ~20-30% с МПК и ОК и ~40-50% с «литыми» палладий - бариевыми вторичными катодами.(The field emission current was measured in magnetrons pumped out to a residual gas pressure of P ~ 5 · 10 -6 Pa., With a pulsed anode voltage U a = 4500 V., pulse duration τ = 6 μs. And duty cycle Q = 1000). In addition, such a magnetron is characterized by irreproducibility of operational parameters and a relatively low percentage of suitable devices, comprising ~ 20-30% with MPC and OK and ~ 40-50% with "cast" palladium - barium secondary cathodes.

Известен магнетрон с безнакальным запуском, являющийся прототипом данного изобретения. Магнетрон (фиг.1) состоит из анода (1) и коаксиально размещенного внутри него катодного узла, состоящего из молибденового керна (2), подогревателя (3), экранов (4), чередующихся автоэлектронных катодов из танталовой фольги толщиной ~ 4 мкм. (5) и вторично-эмиссионных прессованных палладий-бариевых катодов протяженностью 0,4-5 мм. из смеси порошков эмиссионно-активного палладий - бариевого сплава с содержанием бария в количестве 11-25% (вес.) и палладия в количестве 75-89% (вес.) с открытой пористостью 2-27% [3]. Указанный магнетрон, наряду с достаточно большим сроком службы (более 5000 час.) и высоким процентом выхода годных приборов (не менее 80%), отличается сравнительно низкой стабильностью и большим разбросом значений тока автоэлектронной эмиссии, приводящий, как правило, к необходимости длительной тренировки прибора в генераторном режиме (фиг.2; таблица 1, строка 3).Known magnetron with a good start, which is the prototype of this invention. The magnetron (Fig. 1) consists of an anode (1) and a cathode assembly coaxially placed inside it, consisting of a molybdenum core (2), a heater (3), screens (4), alternating autoelectronic cathodes made of tantalum foil ~ 4 μm thick. (5) and secondary-emission pressed palladium-barium cathodes with a length of 0.4-5 mm. from a mixture of powders of emission-active palladium — a barium alloy with a barium content of 11–25% (weight) and palladium in an amount of 75–89% (weight) with an open porosity of 2–27% [3]. The indicated magnetron, along with a sufficiently long service life (more than 5000 hours) and a high percentage of suitable devices (at least 80%), is characterized by a relatively low stability and a large spread of field emission current values, which leads, as a rule, to the need for long-term training of the device in the generator mode (figure 2; table 1, line 3).

Для выяснения причины такой нестабильности и такого разброса величины тока автоэлектронной эмиссии были проведены исследования катодов с помощью растрового электронного микроскопа EVO - 40 фирмы Zeiss с рентгеновским энергодисперсионным спектрометром CDD X Flash 1106 и в установке термогравиметрического анализа, оснащенной сверхчувствительными вакуумными весами и времяпролетным масс-спектрометром. Объектами исследования служили АЭК и ВЭК из магнетронов, прошедших откачку при разных режимах активирования катодных узлов.To find out the reason for such instability and such a spread in the field emission current, cathodes were studied using an EVO - 40 scanning electron microscope from Zeiss with a CDD X Flash 1106 X-ray energy dispersive spectrometer and a thermogravimetric analysis unit equipped with an ultra-sensitive vacuum balance and a time-of-flight mass spectrometer. The objects of study were AEC and EEC from magnetrons that were pumped out under different modes of activation of the cathode nodes.

В результате проведенных исследований получены следующие данные.As a result of the research, the following data were obtained.

1. При использовании в безнакальных магнетронах комбинации танталовых АЭК и различных типов эффективных ВЭК (МПК или ОК), инициирование генерации обеспечивается автоэлектронной эмиссией с острой кромки АЭК, покрытой полностью или частично продуктами испарения (бария) с ВЭК во время откачки и тренировки прибора. Степень покрытия барием рабочей кромки автоэлектронного катода зависит от сорбционных свойств материала АЭК, от температуры и длительности его активирования, от скорости испарения бария и т.д. Поэтому любые погрешности или неточности при активировании катодного узла обуславливают нестабильность и разброс автоэмиссионных свойств АЭК.1. When using a combination of tantalum AEC and various types of effective VEC (MPC or OK) in non-heating magnetrons, the generation is initiated by field emission from the sharp edge of the AEC covered completely or partially by evaporation products (barium) from the VEC during pumping and training. The degree of barium coating of the working edge of the autoelectronic cathode depends on the sorption properties of the AEC material, on the temperature and duration of its activation, on the rate of evaporation of barium, etc. Therefore, any errors or inaccuracies in the activation of the cathode assembly determine the instability and spread of field emission properties of AEC.

2. В случае использования в качестве ВЭК литых или прессованных палладий-бариевых эмиттеров механизм формирования автоэмиссионного тока существенно отличается от механизма, изложенного в п.1.2. In the case of using cast or pressed palladium-barium emitters as an EEC, the mechanism for generating field emission current differs significantly from the mechanism described in paragraph 1.

2.1. Автоэлектронная эмиссия с рабочей кромки АЭК, активированной барием, составляет лишь незначительную часть (не более 5-10%) от общего тока автоэлектронной эмиссии.2.1. Autoelectronic emission from the working edge of AEC activated by barium makes up only a small part (no more than 5-10%) of the total current of autoelectronic emission.

2.2. Ток автоэлектронной эмиссии преимущественно обусловлен эмиссией из остриев вискеров [4], образованных, возможно, из кристаллов тантала с палладием, полностью или частично, покрытых барием. На фиг.3 (а; б; в) приведены микрофотографии фрагмента АЭК при разных увеличениях:2.2. The field emission current is predominantly due to emission from whisker tips [4], possibly formed from tantalum crystals with palladium, fully or partially coated with barium. Figure 3 (a; b; c) shows micrographs of the AEC fragment at different magnifications:

- на фиг.3-а при увеличении М~100 х показаны фрагменты вторично-эмиссионного прессованного палладий-бариевого катода (ВЭК) и поверхность автоэлектронного катода (АЭК) с нитевидными кристаллами;- figure 3-a with an increase of M ~ 100 x shows fragments of a secondary-emission pressed palladium-barium cathode (VEC) and the surface of the field-effect cathode (AEC) with whiskers;

- на фиг.3-б показан фрагмент поверхности АЭК с нитевидными кристаллами при увеличении М~30000 х;- figure 3-b shows a fragment of the surface of the AEC with whiskers with an increase of M ~ 30000 x;

- на фиг.3-в при увеличении М~50000 х показан фрагмент АЭК с нитевидными кристаллами (Н.К.) длиной ~50-100 нм и размерами в поперечном сечении ~5-20 нм.- figure 3-c with an increase in M ~ 50,000 x shows a fragment of AEC with whiskers (N.K.) with a length of ~ 50-100 nm and a cross-sectional size of ~ 5-20 nm.

2.3. Скорость роста и степень заполнения поверхности нитевидными кристаллами зависит от давления паров палладия вблизи поверхности АЭК, зависящего от скорости испарения палладия. На фиг.4 приведена зависимость скорости испарения палладия с поверхности прессованного палладий-бариевого эмиттера от температуры. Из этой зависимости следует, что оптимальной температурой для образования нитевидных кристаллов является интервал температуры катода Тк~700-1100ºС. (~970-1370К). При меньших температурах катода, вследствие низкой скорости испарения палладия, процесс образования (роста) кристаллов становится неэффективным и может растянуться на длительный период времени. При больших температурах катода, из-за особенностей кристаллической структуры прессованного эмиттера, происходит необратимое изменение геометрических размеров (вспучивание), обуславливающее ухудшение электрических параметров магнетрона.2.3. The growth rate and the degree of surface filling with whiskers depends on the vapor pressure of palladium near the AEC surface, depending on the rate of palladium evaporation. Figure 4 shows the temperature dependence of the rate of evaporation of palladium from the surface of the pressed palladium-barium emitter. From this dependence it follows that the optimum temperature for the formation of whiskers is the cathode temperature range T to ~ 700-1100ºС. (~ 970-1370K). At lower cathode temperatures, due to the low rate of palladium evaporation, the process of crystal formation (growth) becomes ineffective and can stretch for a long period of time. At high cathode temperatures, due to the crystal structure of the pressed emitter, an irreversible change in geometric dimensions (expansion) occurs, causing a deterioration in the electrical parameters of the magnetron.

2.4. На поверхности АЭК, при использовании в качестве ВЭК компактных «литых» палладий-бариевых эмиттеров, образуются зародыши нитевидных кристаллов, но из-за низкого потока палладия скорость их роста существенно ниже, чем в случае прессованных эмиттеров. В прессованных эмиттерах частицы палладия упакованы не плотно и поэтому в процессе термической обработки, вероятно, происходит перестройка кристаллической решетки, сопровождаемая формированием на поверхности «червяковых» образований, обуславливающих увеличение эффективной поверхности испарения, и,2.4. On the surface of the AEC, when compact “cast” palladium-barium emitters are used as an EEC, nuclei of whiskers are formed, but due to the low palladium flux, their growth rate is significantly lower than in the case of pressed emitters. In pressed emitters, palladium particles are not densely packed and therefore, during the heat treatment, a crystal lattice rearrangement is likely to occur, accompanied by the formation of “worm” formations on the surface, causing an increase in the effective evaporation surface, and,

следовательно, потока палладия. На фиг.5 приведена микрофотография поверхности эмиттера с «червяковыми» образованиями после активирования при температуре Т~1000ºС. (~1270К) в течение 60 мин.hence the flow of palladium. Figure 5 shows a micrograph of the surface of the emitter with "worm" formations after activation at a temperature of T ~ 1000ºC. (~ 1270K) for 60 minutes

2.5. Скорость образования и полнота заполнения торцовой поверхности АЭК нитевидными кристаллами может регулироваться путем подбора температуры активирования катода в интервале Tk~700-1100ºС (~970-1370К) и соответствующего значения времени t из температурно-временного соотношения: Т·t~1,0·10-6÷1,5·107 (К·сек).2.5. The rate of formation and completeness of filling the end surface of the AEC with whiskers can be controlled by selecting the cathode activation temperature in the range T k ~ 700-1100ºС (~ 970-1370К) and the corresponding value of time t from the temperature-time relation: T · t ~ 1.0 · 10 -6 ÷ 1.5 · 10 7 (K · sec).

2.6. При активировании катода в электрическом поле, например, при включении анодного напряжения, направление нитевидных кристаллов может упорядочиваться и ориентироваться вдоль поля, т.е. по направлению к аноду, благодаря чему облегчаются условия для формирования потока автоэлектронов.2.6. When the cathode is activated in an electric field, for example, when the anode voltage is turned on, the direction of the whiskers can be ordered and oriented along the field, i.e. towards the anode, due to which the conditions for the formation of a flow of field electrons are facilitated.

2.7. При термической обработке катодного узла в объеме прессованного палладий-бариевого эмиттера протекают процессы термодиффузионной диссоциации фазы Pd5Ba с образованием свободного бария, который, поступая на поверхность ВЭК, сорбируется на острой кромке АЭК и на поверхности нитевидных кристаллов и тем самым обеспечивается повышение эмиссионной активности АЭК. Следует отметить, что в литых палладий-бариевых эмиттерах, в отличие от прессованных, пористость практически отсутствует. Поэтому доставка бария из объема ВЭК происходит только за счет его миграции по границам зерен и отдельным дефектам. В результате этого, вследствие низкой концентрации бария на поверхности литых ВЭК, процесс активирования АЭК барием затрудняется и обуславливает нестабильность величины тока автоэлектронной эмиссии. В прессованных палладий-бариевых эмиттерах процесс доставки бария из объема к поверхности существенно облегчен и обеспечивается как за счет миграции по границам зерен и дефектам, так и по каналам пор (миграция и Кнудсеновский перенос).2.7. During the thermal treatment of the cathode assembly, the processes of thermal diffusion dissociation of the Pd 5 Ba phase occur in the volume of the pressed palladium-barium emitter with the formation of free barium, which, when it enters the surface of the AEC, is sorbed on the sharp edge of the AEC and on the surface of whiskers, thereby increasing the emission activity of AEC . It should be noted that in cast palladium-barium emitters, unlike pressed emitters, porosity is practically absent. Therefore, the delivery of barium from the volume of the EEC occurs only due to its migration along grain boundaries and individual defects. As a result of this, due to the low concentration of barium on the surface of cast VEC, the process of activation of AEC by barium is difficult and causes the instability of the field emission current. In pressed palladium-barium emitters, the process of delivering barium from volume to surface is significantly facilitated and is ensured both by migration along grain boundaries and defects, and through pore channels (migration and Knudsen transfer).

2.8. Скорость образования свободного бария зависит также от величины внешнего электрического поля. При наложении внешнего электрического поля (Е~1×103÷5×104 B/см) в объеме ВЭК протекают процессы электротермодиффузионной диссоциации фазы Pd5Ba, приводящие, в конечном случае, к росту концентрации свободного бария на поверхности ВЭК, и тем самым обеспечивается более высокая скорость активирования АЭК.2.8. The rate of formation of free barium also depends on the magnitude of the external electric field. When an external electric field (E ~ 1 × 10 3 ÷ 5 × 10 4 B / cm) is applied in the EEC volume, the processes of electrothermodiffusion dissociation of the Pd 5 Ba phase occur, ultimately leading to an increase in the concentration of free barium on the EEC surface, and This ensures a higher activation rate of AEC.

В таблице 1 строка 4 (фиг.2) приведены данные по величине тока автоэлектронной эмиссии и длительности тренировки магнетронов с прессованнымиTable 1 row 4 (figure 2) shows data on the magnitude of the field emission current and the duration of training of magnetrons with pressed

палладий-бариевыми эмиттерами после активирования в электрическом поле Е~5·103 В/см, температуре Т~1250ºК в течение 60 мин.palladium-barium emitters after activation in an electric field E ~ 5 · 10 3 V / cm, temperature T ~ 1250ºK for 60 minutes

(Т·t~4,5·106 К·сек). Как видно из таблицы, эти магнетроны по сравнению с другими, имеют преимущества как по току автоэлектронной эмиссии, так и по длительности тренировки в динамическом режиме.(T · t ~ 4.5 · 10 6 K · sec). As can be seen from the table, these magnetrons, compared with others, have advantages both in field emission current and in training duration in dynamic mode.

Таким образом, на основании изложенного выше, предметом изобретения является:Thus, based on the foregoing, the subject of the invention is:

1. Магнетрон с безнакальным запуском, аналогичный по конструкции с прототипом, отличающийся тем, что для повышения стабильности и воспроизводимости инициирования генерации, катод подвергается специальному активированию в интервале температуры Т~970-1370 К с соблюдением условия Т·t~1,0·106÷1,5·107 (К·сек). При этом на торцовой поверхности АЭК выращиваются нитевидные кристаллы палладия длиной ~50-100 нм и размерами в поперечном сечении ~5-20 нм, покрытые барием частично или полностью. Наличие нитевидных кристаллов на поверхности АЭК существенно повышает величину тока автоэлектронной эмиссии, и тем самым обеспечивается безотказность работы магнетрона.1. Magnetron with non-triggering starting, similar in design to the prototype, characterized in that to increase the stability and reproducibility of the initiation of generation, the cathode is subjected to special activation in the temperature range T ~ 970-1370 K subject to the condition T · t ~ 1.0 · 10 6 ÷ 1.5 · 10 7 (K · sec). In this case, palladium whiskers with a length of ~ 50-100 nm and cross-sectional sizes of ~ 5-20 nm, partially or completely coated with barium, are grown on the end surface of the AEC. The presence of whiskers on the surface of the AEC significantly increases the magnitude of the field emission current, and thereby ensures the reliability of the magnetron.

2. Катодный узел магнетрона, показанный на фиг.6, состоит из чередующихся АЭК (5) и ВЭК (6), между которыми размещаются прессованные палладий-бариевые шайбы (7), изготовленные из смеси порошков эмиссионно-активного палладий-бариевого сплава с содержанием бария в количестве 11-25% (вес.) и палладия в количестве 75-89% (вес.) с открытой пористостью 2-27% и протяженностью ~0,1-1 мм, являющиеся активаторами АЭК. Во время активирования катода испарившиеся компоненты из шайбы, адсорбируясь на поверхности АЭК, обуславливают образование нитевидных кристаллов. Для повышения эффективности образования нитевидных кристаллов в состав материала шайбы вносятся добавки в виде порошков платины, вольфрама, тантала или рения в количестве 1-50% (вес.). В качестве ВЭК в такой конструкции катода используются, наряду с палладий-бариевыми эмиттерами, различные металлы и сплавы со стабильными вторично-эмиссионными свойствами и устойчивыми к воздействию ионной и обратной электронной бомбардировок, например, иридий, платина, осмий, интерметаллические соединения, платины с барием, иридия с лантаном, иридия с церием, осмия с лантаном и др.2. The cathode assembly of the magnetron, shown in Fig.6, consists of alternating AEC (5) and EEC (6), between which are pressed palladium-barium washers (7) made of a mixture of powders of emission-active palladium-barium alloy containing barium in an amount of 11-25% (wt.) and palladium in an amount of 75-89% (wt.) with an open porosity of 2-27% and a length of ~ 0.1-1 mm, which are activators of AEC. During the activation of the cathode, the evaporated components from the washer, adsorbed on the surface of the AEC, cause the formation of whiskers. To increase the efficiency of the formation of whiskers, additives in the form of powders of platinum, tungsten, tantalum or rhenium in the amount of 1-50% (weight) are added to the composition of the washer material. In addition to palladium-barium emitters, various metals and alloys with stable secondary emission properties and resistant to ion and reverse electron bombardments, for example, iridium, platinum, osmium, intermetallic compounds, platinum with barium, are used as an EEC in this cathode design , iridium with lanthanum, iridium with cerium, osmium with lanthanum, etc.

Вкратце о механизме возбуждения генерации магнетрона.Briefly about the mechanism of magnetron generation excitation.

При включении импульсного анодного напряжения суммарный автоэлектронный ток с остриев нитевидных кристаллов и рабочей кромки АЭК образует первоначальный электронный поток, который под воздействием скрещенного электрического и магнитного полей, бомбардирует поверхность ВЭК, «выбивая» вторичные электроны. В результате этого в пространстве взаимодействия магнетрона формируется электронная лавина, инициирующая генерацию магнетрона.When a pulsed anode voltage is turned on, the total field current from the tips of the whiskers and the working edge of the AEC forms the initial electron stream, which, under the influence of crossed electric and magnetic fields, bombards the surface of the VEC, "knocking out" the secondary electrons. As a result, an electron avalanche is formed in the interaction space of the magnetron, initiating the generation of the magnetron.

Пример 1.Example 1

Ток автоэлектронной эмиссии магнетрона с безнакальным запуском с катодным узлом, состоящим из чередующихся АЭК и прессованных палладий-бариевых эмиттеров с пористостью ~12%, после активирования при температуре Т~1270К в течение 90 мин (Т·t~6,9·106 К·сек.), составил ~30 мА. Магнетрон вводился в режим генерации без накала и тренировался до получения стабильных параметров в течение τ~4 час. После испытания на срок службы в течение 5000 час параметры прибора практически не изменились.Autoelectronic emission current of a magnetron with nonstop triggering with a cathode assembly consisting of alternating AECs and pressed palladium-barium emitters with a porosity of ~ 12% after activation at a temperature of T ~ 1270K for 90 min (T · t ~ 6.9 · 10 6 K · Sec.), Amounted to ~ 30 mA. The magnetron was introduced into the generation mode without glow and trained to obtain stable parameters for τ ~ 4 hours. After testing for a service life of 5,000 hours, the parameters of the device remained virtually unchanged.

Пример 2.Example 2

Ток автоэлектронной эмиссии магнетрона с безнакальным запуском с катодным узлом, состоящим из чередующихся АЭК, прессованных палладий-бариевых шайб с пористостью ~10% и вторично-эмиссионных эмиттеров (прессованных палладий-бариевых втулок с пористостью ~5%) после активирования при температуре Т~1200К в течение 150 мин (Т~t~1,1·107 К·сек.), составил ~40 мА. Магнетрон вводился в режим генерации без накала и тренировался до получения стабильных параметров в течение τ~2 час. Срок службы такого магнетрона превысил 5000 час.Autoelectronic emission current of a magnetron with a non-triggering start with a cathode assembly consisting of alternating AEC, pressed palladium-barium washers with porosity of ~ 10% and secondary emission emitters (pressed palladium-barium bushings with porosity of ~ 5%) after activation at a temperature of T ~ 1200K for 150 min (T ~ t ~ 1.1 · 10 7 K · sec.), amounted to ~ 40 mA. The magnetron was introduced into the generation mode without glow and trained to obtain stable parameters for τ ~ 2 hours. The service life of such a magnetron exceeded 5000 hours.

Примечание.Note.

Следует отметить, что наряду с изложенными материалами, в процессе проведения работы получены следующие данные:It should be noted that along with the stated materials, the following data were obtained in the course of the work:

а) на торцовой поверхности АЭК, при использовании в качестве ВЭК прессованных платина-бариевых эмиттеров, образуются нитевидные кристаллы из тантала с платиной, частично или полностью покрытые барием;a) on the end surface of the AEC, when pressed platinum-barium emitters are used as an EEC, whiskers of tantalum with platinum are formed, partially or completely coated with barium;

б) при добавлении в состав прессованных палладий-бариевых эмиттеров порошков, например, вольфрама, тантала, рения и других тугоплавких металлов, процесс изменения структуры поверхности происходит значительно интенсивнее и при меньших температурах. На микрофотографии (фиг.7) показан фрагмент поверхности прессованного палладий-бариевого эмиттера с присадкой порошка вольфрама (~10 вес.%) после активирования в течение 60 мин при температуре Т~1170 К.b) when powders, for example, tungsten, tantalum, rhenium, and other refractory metals are added to the composition of pressed palladium-barium emitters, the process of changing the surface structure occurs much more intensively and at lower temperatures. The micrograph (Fig. 7) shows a fragment of the surface of a pressed palladium-barium emitter with an additive of tungsten powder (~ 10 wt.%) After activation for 60 min at a temperature of T ~ 1170 K.

Как видно из сравнения микрофотографий (фиг.5; 7), характерные особенности этих образований схожи друг с другом, но структурные изменения протекают при меньшей температуре (разница в температуре составляет около 100 К.).As can be seen from the comparison of microphotographs (Fig. 5; 7), the characteristic features of these formations are similar to each other, but structural changes occur at a lower temperature (the temperature difference is about 100 K.).

Источники информацииInformation sources

1. Копылов М.Ф., Бондаренко Б.В., Махов В.К, Назаров В.А. Магнетрон. Патент РФ №2007777, приоритет от 15.04.1992 г.1. Kopylov M.F., Bondarenko B.V., Makhov V.K., Nazarov V.A. Magnetron. RF patent No. 2007777, priority dated April 15, 1992

2. Пипко Ю.А., Семенов Л.А., Галактионова И.А., Еремеева Г.А., Есаулов Н.П., Ильин В.Н., Марголис Л.М. Магнетрон с безнакальным катодом. Патент РФ №2019877, приоритет от 17.04. 1991 г.2. Pipko Yu.A., Semenov L.A., Galaktionova I.A., Eremeeva G.A., Esaulov N.P., Ilyin V.N., Margolis L.M. Magnetron with a non-cathode cathode. RF patent №2019877, priority 17.04. 1991 year

3. Ли И.П., Дюбуа Б.Ч, Каширина Н.В., Комиссарчик С.В., Лифанов Н.Д., Зыбин М.Н. Магнетрон с безнакальным катодом. Патент РФ №2380784, приоритет от 24.10.2008 г.3. Li I.P., Dubois B.Ch., Kashirina N.V., Komissarchik S.V., Lifanov N.D., Zybin M.N. Magnetron with a non-cathode cathode. RF patent No. 2380784, priority of 10.24.2008

4. Н.В.Черепнин. Сорбционные явления в вакуумной технике. М. 1973 г. гл. 6.4. N.V. Cherepnin. Sorption phenomena in vacuum technology. M. 1973, Ch. 6.

Пояснения к иллюстрации.Explanations for illustration.

1. Фигура 1. Схематическое изображение магнетрона с безнакальным запуском (прототип):1. Figure 1. Schematic representation of a magnetron with non-triggering starting (prototype):

1 - анод; 2 - керн катода; 3 - подогреватель; 4 - экраны; 5 - автоэлектронные катоды; 6 - вторично-эмиссионные эмиттеры.1 - anode; 2 - core of the cathode; 3 - heater; 4 - screens; 5 - auto-electronic cathodes; 6 - secondary emission emitters.

2. Фигура 2. (Таблица 1): данные по току автоэлектронной эмиссии и длительности тренировки в динамическом режиме магнетронов с безнакальным запуском с различными типами ВЭК.2. Figure 2. (Table 1): data on the field emission current and duration of training in the dynamic mode of magnetrons with non-triggering starting with various types of VEC.

3. Фигура 3. Микрофотографии фрагментов торцовой поверхности АЭК с нитевидными кристаллами палладия при разных увеличениях:3. Figure 3. Micrographs of fragments of the end surface of the AEC with whiskers of palladium at different magnifications:

3-а: при увеличении М~1000 х (внутри снимка: ВЭК - вторично-эмиссионный катод; АЭК - автоэлектронный катод);3-a: with increasing M ~ 1000 x (inside the image: VEC - secondary emission cathode; AEC - field-emission cathode);

3-б: при увеличении М~30000 х;3-b: with increasing M ~ 30,000 x;

3-е: при увеличении М~50000 х (внутри снимка: Н.К. - нитевидные кристаллы).3rd: with an increase in M ~ 50,000 x (inside the image: N.K. - whiskers).

4. Фигура 4. Зависимость скорости испарения палладия с поверхности прессованного палладий-бариевого эмиттера от температуры;4. Figure 4. The temperature dependence of the rate of evaporation of palladium from the surface of the pressed palladium-barium emitter;

5. Фигура 5. Микрофотография фрагмента поверхности прессованного палладий-бариевого эмиттера после активирования при температуре Т~1270 К в течение 60 мин (М~10000 х);5. Figure 5. Micrograph of a surface fragment of a pressed palladium-barium emitter after activation at a temperature of T ~ 1270 K for 60 minutes (M ~ 10000 x);

6. Фигура 6. Схематическое изображение патентуемого магнетрона: 1 - анод; 2 - керн катода; 3 - подогреватель; 4 - экраны; 5 - автоэлектронные катоды; 6 - вторично-эмиссионные эмиттеры; 7 - шайбы-активаторы АЭК;6. Figure 6. Schematic illustration of a patentable magnetron: 1 - anode; 2 - core of the cathode; 3 - heater; 4 - screens; 5 - auto-electronic cathodes; 6 - secondary emission emitters; 7 - washers activators AEC;

7. Фигура 7. Микрофотография фрагмента поверхности прессованного палладий-бариевого эмиттера с присадкой порошка вольфрама в количестве ~10% вес. после активирования при температуре Т~1170 К в течение 60 мин (М~12000 х).7. Figure 7. Micrograph of a surface fragment of a pressed palladium-barium emitter with an additive of tungsten powder in an amount of ~ 10% by weight. after activation at a temperature of T ~ 1170 K for 60 min (M ~ 12000 x).

Claims (3)

1. Магнетрон с безнакальным запуском, содержащий анод и коаксиально размещенный внутри него катод, содержащий не менее одного автоэлектронного катода (АЭК) и не менее одного вторично-эмиссионного катода (ВЭК), выполненного в виде прессованной пористой губки, сформированной из смеси порошков эмиссионно-активного палладий-бариевого сплава с содержанием бария 11-25 вес.% и 75-89 вес.% палладия с открытой пористостью 2-27%, отличающийся тем, что для повышения стабильности, воспроизводимости и устойчивости инициирования генерации магнетрона на торцовой поверхности АЭК выращивается управляемая структура, состоящая из направленных нитевидных кристаллов палладия, длиной ~10-100 нм и размерами в поперечном сечении ~5-20 нм, частично или полностью покрытых барием, путем специального активирования катода во время откачки магнетрона при напряженности электрического поля E~1·103-5·104 В/см в интервале температур Т=970-1370°К в течение времени t, причем оптимальная полнота заполнения поверхности АЭК нитевидными кристаллами достигается при выполнении соотношения T·t~1,0·106 - 1,5·107 °К·с.1. Magnetron with non-triggering starting, containing an anode and a cathode coaxially placed inside it, containing at least one field-effect cathode (AEC) and at least one secondary emission cathode (VEC), made in the form of a pressed porous sponge formed from a mixture of emission powder active palladium-barium alloy with a barium content of 11-25 wt.% and 75-89 wt.% palladium with an open porosity of 2-27%, characterized in that to increase the stability, reproducibility and stability of initiation of magnetron generation at the end face A controlled structure consisting of directional palladium whiskers with a length of ~ 10-100 nm and a cross-sectional size of ~ 5-20 nm partially or completely coated with barium is grown by special activation of the cathode during the evacuation of the magnetron with an electric field E ~ 1 · 103-5 · 10four V / cm in the temperature range T = 970-1370 ° K for a time t, and the optimal completeness of filling the surface of the AEC with whiskers is achieved when the relation T · t ~ 1.0 · 106- 1,5107 ° K · s 2. Магнетрон по п.1, отличающийся тем, что для повышения срока службы магнетрона между АЭК и ВЭК размещается прессованная палладий-бариевая шайба пористостью 2-27% с содержанием бария 11-25%, предназначенная для активирования АЭК, а в качестве ВЭК, наряду с прессованным палладий - бариевым эмиттером с пористостью, меньшей, чем у шайбы, может быть использована втулка, изготовленная из материала со стабильными вторично-эмиссионными свойствами и устойчивым к воздействию ионной и обратной электронной бомбардировок, например из иридия, платины, осмия, интерметаллического соединения: платины с барием; иридия с лантаном; иридия с церием; осмия с лантаном или осмия с барием.2. The magnetron according to claim 1, characterized in that to increase the life of the magnetron between the AEC and the EEC is placed pressed palladium-barium washer with a porosity of 2-27% with a barium content of 11-25%, designed to activate the AEC, and as an EEC, Along with pressed palladium, a barium emitter with a porosity lower than that of the washer, a sleeve made of a material with stable secondary emission properties and resistant to ion and reverse electron bombardments, such as iridium, platinum, osmium, can be used. , Intermetallic compounds: platinum and barium; iridium with lanthanum; iridium with cerium; osmium with lanthanum or osmium with barium. 3. Магнетрон по п.2, отличающийся тем, что для повышения эффективности образования нитевидных кристаллов на поверхности АЭК в состав шайбы-активатора добавляется порошок платины, вольфрама, тантала или рения в количестве 1-50 вес.%. 3. The magnetron according to claim 2, characterized in that in order to increase the efficiency of the formation of whiskers on the surface of the AEC, platinum, tungsten, tantalum or rhenium powder in an amount of 1-50 wt.% Is added to the composition of the activator washer.
RU2012104589/07A 2012-02-10 2012-02-10 Magnetron with selfheated startup with special activation of field-emission cathodes RU2494489C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012104589/07A RU2494489C1 (en) 2012-02-10 2012-02-10 Magnetron with selfheated startup with special activation of field-emission cathodes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012104589/07A RU2494489C1 (en) 2012-02-10 2012-02-10 Magnetron with selfheated startup with special activation of field-emission cathodes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012104589A RU2012104589A (en) 2013-08-20
RU2494489C1 true RU2494489C1 (en) 2013-09-27

Family

ID=49162463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012104589/07A RU2494489C1 (en) 2012-02-10 2012-02-10 Magnetron with selfheated startup with special activation of field-emission cathodes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2494489C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2776305C1 (en) * 2021-11-29 2022-07-18 Акционерное общество "Плутон" Pulse magnetron with non-incandescent start with a three-module active body in the cathode unit

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2007777C1 (en) * 1992-04-15 1994-02-15 Предприятие "Плутон" Magnetron
RU2019877C1 (en) * 1991-04-17 1994-09-15 Предприятие "Плутон" Magnetron with unheated cathode
JP2005056785A (en) * 2003-08-07 2005-03-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Magnetron
US6979942B2 (en) * 2002-05-31 2005-12-27 Thomson Licensing Cathode emissive body for an impregnated cathode of an electron tube
RU2380784C1 (en) * 2008-10-24 2010-01-27 Открытое акционерное общество "Плутон" (ОАО "Плутон") Magnetron with non-filament cathode

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2019877C1 (en) * 1991-04-17 1994-09-15 Предприятие "Плутон" Magnetron with unheated cathode
RU2007777C1 (en) * 1992-04-15 1994-02-15 Предприятие "Плутон" Magnetron
US6979942B2 (en) * 2002-05-31 2005-12-27 Thomson Licensing Cathode emissive body for an impregnated cathode of an electron tube
JP2005056785A (en) * 2003-08-07 2005-03-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Magnetron
RU2380784C1 (en) * 2008-10-24 2010-01-27 Открытое акционерное общество "Плутон" (ОАО "Плутон") Magnetron with non-filament cathode

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2776305C1 (en) * 2021-11-29 2022-07-18 Акционерное общество "Плутон" Pulse magnetron with non-incandescent start with a three-module active body in the cathode unit

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012104589A (en) 2013-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhao et al. High current density and long-life nanocomposite scandate dispenser cathode fabrication
Aldrich The evaporation products of barium oxide from various base metals and of strontium oxide from platinum
Dearnaley A theory of the oxide-coated cathode
RU2380784C1 (en) Magnetron with non-filament cathode
Wang et al. Study on the Ni–Re–Ir sponge oxide cathode
RU2494489C1 (en) Magnetron with selfheated startup with special activation of field-emission cathodes
Hull The dispenser cathode. A new type of thermionic cathode for gaseous discharge tubes
Li et al. Investigation and application of impregnated scandate cathodes
US2144249A (en) Cathode for electron discharge devices
Makarov et al. Emission properties, microstructure and surface composition of scandate impregnated cathodes with tungsten and a tungsten-rhenium matrix
Rand et al. C12A7 electride hollow cathode
Rand et al. Hollow cathode with electride insert
Wang et al. Progress on RE 2 O 3-Mo/W matrix secondary emitter materials
RU2776305C1 (en) Pulse magnetron with non-incandescent start with a three-module active body in the cathode unit
Langer et al. Cold starting of fluorescent lamps–part II: experiments on glow times and electrode damaging
Djubua et al. Metal alloy cathodes for application in vacuum microwave devices
RU146140U1 (en) MAGNETRON WITH UNFDICATED CATHODE
Ravi et al. Tungsten-rhenium mixed metal matrix cathodes
Rand et al. Effect of a low work function insert on hollow cathode temperature and operation
Rand et al. Hollow cathode with low work function electride insert
Gaertner Modern Developments in Ba Oxide Cathodes
RU2505882C1 (en) Composition of material for making electrodes of low-temperature plasma generators
Bhide et al. Sputtered metallic coatings on barium aluminate cathodes for lower operating temperatures
JP2010015815A (en) Cathode structure for electron tube
Wang et al. Recent progress of oxide cathode research for microwave tube applications in IECAS

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20191016