SU1028189A1

SU1028189A1 - Three-electrode longitudinal compression gun

Info

Publication number: SU1028189A1
Application number: SU823385046A
Authority: SU
Inventors: Н.С. Зинченко; В.А. Соколов
Original assignee: Харьковский Ордена Красного Знамени Институт Радиофизики И Электроники Ан Усср
Priority date: 1982-01-29
Filing date: 1982-01-29
Publication date: 1984-04-07

Abstract

1. ТРЕХ ЭЛЕКТРОДНАЯ ЭЛЕ ТРОННАЯ ПУШКА С ПРОДОЛЬНОЙ КО ПРЕСРИЕЙ, соае1Ьжаща расположенные поелеаоватепьно на оаной оси и разаеленные изол торами катодный узел, ускор ющую диафрагму. снабженную охлаждаемым корпусом Ь тепловыми экранами, в замедл ющую диафрагму , а также магнитный &amp;кран, имеющий цилиндрическую и торцовые части, отличающа с тем, что, с целью уменьшени габаритов пушки и уменьшени потерь мощности пучка за счет улучшени условий его формировани , пш1внщ)ическа часть магштного экрана выпопнеиа вз нескольких кольцевых деталей, расположенных на охлаждаемых поверхност х корпуса ускор ющей диафрагмы, а замедл юща диафрагма выполнена из магнвтом гкого материала, причем зазоры между отдельными детал ми магнитного эЕраш составл ют 0,1-0,05 его внеогаего диаметра. g 2. Трехэлектродна электронна пушка с продольной компрессией по п. 1 , отличающа с тем, что ввпнндрическа часть магнитного экрана состоит из трех кольцевых деталей, две на которых расположены на тепловых экранах , а третьс - на корпусе ускор к цей диафрагмы.1. THREE ELECTRODE ELEPHON GUN WITH LONG-TERM PRE-PRESSURE, co-located on the axis of the cathode assembly and the accelerating diaphragm separated by insulators. equipped with a cooled body L with heat shields, into a slowing diaphragm, as well as a magnetic & crane having cylindrical and end parts, characterized in that, in order to reduce the dimensions of the gun and reduce the power losses of the beam by improving the conditions for its formation, The outer part of the magnet screen is made up of several annular parts located on the cooled surfaces of the body of the accelerating diaphragm, and the slowing diaphragm is made of magnetically soft material, and the gaps between the individual The details of the magnetic eerash are 0.1-0.05 of its outer diameter. g 2. Three-electrode electron gun with a longitudinal compression according to claim 1, wherein the magnetic part of the magnetic screen consists of three ring parts, two of which are located on the heat shields, and the third on the body is accelerated to the aperture.

Description

}1 Изобретение относитс к высокоперве сной электронной оптике и может найти применешю в электроннолучевом оборудо вании технологического назначешш, в интенснвшлх реитгеновскйх трубках, электр ваку мных приборах СВЧ, а также в новках дл научш х исследований. I-fe принцкна работы высокопернеансных электронных пушек с нродопыгой ком прессией ачедует, что вследствие больше го значени нервеанса формируемого пуч ка ее область формировани (катод перва , ш афрагма - втора диафрагма) далеет малый объем и немонотонное раснределешю осевого потенциала в нем. Последнее тредует тщательного экранировани области формировани пучка от внешнего магнитного (например, фокусир щего) нол ,, Известна трехэлектродна пушка с продольной компрессией Г-1- 3 Экранирование от внешнего магнитного пол осущеотвл етс5Э снешш1м (по отношению к пушке) магнитным экраном, представл ющим собой ци ивдричес1- :ий стакан с отверстием в цшще дл выхода пучка. Недостатками описагшой пушки вл ютс заметна потер мощнос1И электронного щчка вследствие измере1щ траекторий электронов под действием проникающего магнитного пол , а также ухудшение фокусировки пучка вне пунжи (и на выходе из нее) вследствие искалтени внещнего магнитного пол магнитным экраном больших размеров и отверстий в нем. Кроме того, могут возникнуть электр ческие пробои между второй и первой диафрагмами, что обусловлено малым па раллельным зазором между ними при большой его прот женности Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и nocTnraeMOiviy эф фекту вл етс трехэлектрона электронна пушка с продольной компрессией С 2 содерлсазда расположенные последовател но на одной оси и разделенные изол торами катодный узел, ускор ющую диафрагму , снабженную охлаждаемым корпусом с тегщовыми экранами, и замедл ющую диафрагму, а также мап-штный экран , имеющий цилиндрическую и торцовы части. Кольцевые изол торы вл ютс частью металлокерамического корпуса, размещенного внутри магнитного экрана, Торец экрана, примыкающий к замедл ющей диафрагме, имеет отверстие с диаметром , большим, чем ш аметр отверсти диафрагмы (так как материал экранирую S92 щего торца имеет конечную толщину), поэтому внешнее магнитное поле проникает в область формировани пучка. За тедл 1сша диафрагма выполнена из немйгнитного материала. В данной пушке значительно уменьщена веро тность элект эических пробоев между диафрагмами за счет коетгееской формы замедл ющей диафрагмы . Однако остаютс заметные потери 1ЛОЩНОСТИ пучка из-за перехвата части его тока на электроды вследствие проifHKHOBeinra внешнего магнитного пол в область форкжровани , искажающего траек- 1юр1ги эдезстронов фopIvшpyeмoгo пучка. Последнее оссбенно существенно в пушках с: большой мощностью пучка, так как сиачителывые токи перехвата (относительно шзкий коэффициент токопрохождени ) фивод т к. значительному нагреванию, отгпажгаанию и оплавлению электродов . Кроме того, внешний экран имеет больviae размеры, вызывает значительные иск:ажени внещнего мапштного пол (нагример , фокусирующего), что также шает согласовашге пуч1са с полем и может приводит к пульсаци м полеречного размера Щчка. Болысще размеры внешнего экрана привод т также к увеличению .геталлоемкости и веса пушки. Целью изобретени вл етс уменьшение габаритов пушки и ут юньшение потэрь мощности пучка за счет улучше1ш условий его формкроваьш . Цель достигаетс тем, что в предлагаемой грехэлектродной пушке с продопьной компрессией, содержащей расположенные последовательно на одной оси и разделегшые изол торами катодный узел, ускор ющую диафрагму, снабженную охпалодаемым корпусом с тепловыми экранами , и замедл ющую диафрагму, а также магнитный экран, имеющий цилиндрическую и торцовые части, цилиндрическа часть магнитного экрана выпопнен 1 из нескольких кольцевых деталей, р сположезшых на охлаждаемых поверхност х корпуса ускор ющей диафрагмы, а i земедл юща диафрагма выполнена из мг1гнитом гкого материала, причем зазоры между отдельными детал ми магнЕтного экрана составл ют 0,1-0,05 его внешнего диаметра. Цилиндрическа часть магнитного экрана состоит из трех кольцевых деталей, две из которых распололсены на тепловых экранах, а треть - на корпусе ускор ющей диафрагмн . Это позволило сделать магнитный экран внутренним (в отличие от прототипа , где экран - внешний) относительно корпуса пушки и обеспечило его малые габрриты, Экранирук шие кольца наход тс под потенциалами электродов, на которых они закреплены. Замедл юща (втора ) диафрагма и нижний фланеи пуш ки также вл ютс составными част ми магнитного экрана, В итоге магнитное попе в области формировани пучка катод-ускор к ца диафрагма-замедл юща диафрагма составл ет не более 2,0-2,5 величины внешнего магнитного пол , что не оказывает заметного вли ни на траектории электронного дучка, а следовательно , ведет к значительному уменьшению потерь его мощности. В пушке с. внешним магнитным экраном магнитное попе в области формировани пучка составл ет 5-10% величины внешнего маг нитного поп . Эксперименты показали, что оптимальные радиальные и торцовые зазоры между отдельными детал ми экрана сост ал ют 0,1-0,05 их диаметра. При увеличении зазоров свыше 0,1 диаметра экранов магнитное попе проникает внутрь э гектроннооптической системы , нижний предел предложенного соотношени обусловлен 73ПЛОВЫМИ расширени ми деталей при нагреве катода и про бойным напр жением. На фиг. 1 схематично изображена трехэлектродна - электронна пушка; на ФЕТ. 2 - крива осевого распределени магнитного пол в пределах пушки и ее окресност х, полученна экспериментально , как с однородным, так и с резко неоднородаым внешним (фокусирующим) полем; на фиг.З - экспериментальные кривые изменени коэффициента токопрохождени пучка 1 ручка, 1 катода полученные с высокопервеансными пушками (Р 7,20.10 А/В 32), при изв широких менекии потенциалов пределах дл двух случаев: крива 12 с внутренним магнитным экраном, крива 13 - с;внешним магнитным экраном . Пушка содержит расположенные соосно катодный узел 1, включающий в се б катод с эмиттером из гексаборида лантана и подогревателем, корпус держател катода и прщсатодный электрод (на фиг.1 не показаны), ускор ющую (первую) диафрагму 2, снабженную охлаждаемым корпусом с тепловыми экранами 3, замедл ющую коническую дЗаафрагму 4 с раскрывом по ходу пучка. Шышндрические кзoл тqpы 5,6 совместно с нижним фланцем 7 и верхним фланцем 8 o6pa3yi:-vi- металлокерамический корпус , внутри которого соосно на тепловых экранах 3 диафрагмы 2 установлены кольцевые детали 9,1О (внутри керамических изол торов 5,6), а кольцева детаг/ъ 11 закреплена на охлаждаемокц корпусе диафрагмы 2. ЖДетали 9,10.11 вьгаолнены из магнитом гкого материала н представл ют собой составные части магнитного экрана, част ми которого вл ютс также вьшолНенные из магнитом гкого материала замедл юща 4 и нижний фланец 7, служащий основанием дл креплени катодного узла 1. Зазоры между отдельными детал ми экрана (диафрагма 2, детали 9,10,11 и фланец 7) составл ют (предпочтительно) 0,1-О,О5 их диаметра и равны толщине материала деталей или меньше ее. Устройс-гео работает следующим образом . С помощью подогревател катодного узла 1 нагревают катод до рабочей температуры , в результате они эмиттврует электроны , которые попадают в область формировани пучка, т.е. между катоде и диа(}рагмой 2 с потенциалсйу V , где они ускор ютс , и, пройд через ее апертурное отверстие, попадают в электрического пол диафрагмы 4 с потенциалом V2 . После вмхода сформированного электронного пучка из пушки (из от версти диафрагмы 4) последний фокусируетс внешним магнитным полем (на фиг.1 не показано). При этом внипнее магнитное поле ослабл етс в области фот мировани пучка настолько, что не искажает траектории движени электронов; составл ющих пучок, так как эта область экранирована детал ми 9,10 11, диафрагмой 4, фланцами 7 и 8. Магнитный экран ослабл ет внешнее как однорошюе, так и неоднородное магнитное поле в 5О80 раз. Формирование электронного происходит под действием апектрического псш в области формировани , создаваемого ус кор ющим потенциалом V диафрагмы 2 и аамеда ющим потенциалом V2 диафрагмы 4. Оклаждаемые, например, водой тепловые экраны 3 и керамические изол торы 5,6 предотвращают электрнческие пробои и утечки тепла. Приведенна на фиг. 2 экспериментальна крива осевого распределени магнитного пол в пределах пушки: нижний флаиеп 7 - К (катод) -1) (диафрагма 2) )2( диафрагма 4) - sepximft фланец 8, а также Б с кресност х пушки нагл дно дем стрирует резкое ослабление (в 50-80 раз) магнитного пол в зоне с}юрмировани пучка по сравнению с внешним магнитным полем в пухшее. В пушке с внешним экраном (прототипе ) ослабление пол происходит в мен шей степени (в 1О-20 раз ), что ухуд .шает формирование пучка. Следствием , этого вл етс уменьшение коэффициента токопрохождени . В пушке за счет снабжени ее внутренним магнитным экраном коэффициент токопрохождени при V состаъл ет 99,7% , а в прототипе (с внешним магнитным экраном) - 97%, Crfeдовательно мошность пучка (приУ2гСОП5 в первом случае ,997 JfiV2 . а во втором ,973ц. V2 ,Тое имеет место значительна потер мощности пучка. Экспериментальные кривые изменени коэффициента токопрохожде101 пуч ка даш пушки с внутренним магнитным экраном ( предложенный) и с наружным (прототипом), приведе1шые на фиг.З} цок зывают, что во втором случае при V-,,5 коэффициент токопрохождени резко падает, тогда как в первом случае при 10 4,98%, что особенно важно при получении пучков -большой мощности и низком потенциале ( V- )большой первеанс- и дл осуществени глубокой модул ции тока пучка, В предложенной пушке за счет использовани внутреннего магнитного экрана пульсации тока пучка практически не обнаружены, в то врем как в известной пушке они составл ют 1О-20%. Пушка с внутрен шм магнитным акра-. ном вследствие малых габаритов последнего имеет меньший вес и меньшую металлоемкость. Размещение деталей экрана на охлаждаемых детал х обеспечивает поддержание хорошего вакуума в области пушки, так как отсутствует отлаживание материала экрана. Кроме того, поскольку одни детали внутреннего экрана совмещены, а другие вл ютс составными элементами самой пушки, они одновременно с последними жестко кют 1рованы и при установке пушки в том или ином приборе (оборудовании) не требуетс выставлени их, как при применении внешнего экрана.} 1 The invention relates to high-purity electron optics and can be used in process equipment for the electron-beam designation, in intensive magnetic tubes, in microwave vacuum devices, and also in scientific research. The i-fe of the operation of high-transference electron guns with a neuroping compression presses that, due to the greater value of the nerve generated by the beam, its formation region (cathode first, af afragma — second diaphragm) keeps the small volume and non-monotonic axial potential in it. The latter tends to carefully screen the beam-forming region from an external magnetic (for example, focusing) field. A three-electrode gun with longitudinal compression is known. G-1-3. Screening from an external magnetic field is carried out by a magnetic screen (relative to the gun). Qi Heaters 1: A glass with a hole in the barrel to exit the beam. The drawbacks of this gun are the noticeable loss of power of the electron jaw due to the measurement of the electron trajectories under the action of a penetrating magnetic field, as well as deterioration of the focusing of the beam outside the punzhi (and at the exit) after the magnetic field of large dimensions and openings in it. In addition, electrical breakdowns may occur between the second and first diaphragms, which is caused by a small parallel gap between them with a large extension. The effect of a three-electron electron gun with longitudinal C 2 compression is located near the invention by technical essence and nocTnraeMOiviy consistently on the same axis and separated by insulators a cathode assembly, an accelerating diaphragm, equipped with a cooled housing with teg screens, and a slowing diaphragm, as well as a map screen, having a cylindrical and end parts. The ring insulators are part of a metal-ceramic body placed inside a magnetic screen. The end of the screen adjacent to the retarding diaphragm has an opening with a diameter greater than the diameter of the diaphragm opening (since the material shielding the S92 end face has a finite thickness), therefore the outer The magnetic field penetrates the beam forming region. For tedl 1ssha aperture is made of non-luminous material. In this gun, the probability of electrical breakdowns between diaphragms is significantly reduced due to the coiethe shape of the retarding diaphragm. However, there are noticeable losses of the beam's EFFECTS due to the interception of a part of its current on the electrodes due to the external magnetic field propagating into the area of the knuckle distorting the trajectory of the vertical beams of the optical fiber of the beam. The latter is especially significant in guns with: high beam power, since siachite interception currents (a relatively brisk current-passage coefficient) are equivalent to significant heating, flipping and melting of the electrodes. In addition, the external screen has a large size, causes a significant lawsuit: as an external magnetic field (focusing), which also coincides with the field and can lead to pulsations of the wedge-size Shchka. The larger dimensions of the external screen also lead to an increase in the metal intensity and weight of the gun. The aim of the invention is to reduce the overall dimensions of the gun and improve the beam power ratio due to the improved conditions of its shape. The goal is achieved by the fact that in the proposed electro-electrode gun with pre-compression, containing a cathode assembly arranged in series on one axis and divided by insulators, an accelerating diaphragm equipped with an ohl-palable body with heat shields, and a magnetic screen having a cylindrical and the end parts, the cylindrical part of the magnetic screen is discharged from 1 of several ring parts, which are located on the cooled surfaces of the body of the accelerating diaphragm, and i polyene mg1gnitom of soft material, the gaps between the individual details thereof magnEtnogo screen was dissolved 0.1-0.05 its outer diameter. The cylindrical part of the magnetic screen consists of three ring parts, two of which are located on thermal screens, and a third on the case of the accelerating diaphragm. This made it possible to make the magnetic screen internal (unlike the prototype, where the screen is external) relative to the gun body and ensured its small gabrrites. The screened rings are under the potentials of the electrodes on which they are attached. The retarding (second) diaphragm and the bottom flange of the gun are also integral parts of the magnetic screen. As a result, the magnetic field in the region of the formation of the cathode-acceleration beam to the center of the diaphragm-retarding diaphragm is not more than 2.0-2.5 values external magnetic field, which does not have a noticeable effect on the trajectory of the electronic duchka, and, consequently, leads to a significant decrease in its power loss. In the gun with. With an external magnetic screen, the magnetic field in the beam-forming region is 5-10% of the magnitude of the external magnetic pop. Experiments have shown that the optimal radial and end gaps between the individual screen parts are 0.1–0.05 of their diameter. With an increase in the gaps above 0.1 of the diameter of the screens, the magnetic back penetrates into the electron-optical system; the lower limit of the proposed ratio is due to 73PLH extensions of the parts when the cathode is heated and the breakdown voltage. FIG. 1 schematically depicts a three-electrode gun; on fet. 2 - the curve of the axial distribution of the magnetic field within the gun and its surroundings, obtained experimentally, with both a uniform and a highly non-uniform external (focusing) field; Fig. 3 shows experimental curves of the variation of the current transmission coefficient of the beam 1 handle, 1 cathode obtained with high-percussion guns (P 7.20.10 A / B 32), with a wide range of potential values for two cases: curve 12 with an internal magnetic screen, curve 13 - with; external magnetic screen. The gun contains coaxially located cathode assembly 1, including a cathode with a lanthanum hexaboride emitter and a heater, a cathode holder body and a electrode electrode (not shown in Fig. 1), an accelerating (first) diaphragm 2 equipped with a cooled body with heat shields 3, slowing down the conical dZaagragma 4 with an opening along the beam. Shchdndrichesky tzppy 5,6 together with the lower flange 7 and the upper flange 8 o6pa3yi: -vi-metal-ceramic body, inside of which coaxially on heat shields 3 diaphragms 2 are installed ring parts 9,1О (inside ceramic insulators 5,6), and ring Part 11 is attached to the coil of the diaphragm 2 housing. The details 9,10.11 are made of magnetically soft material and are components of a magnetic screen, parts of which are also retardant of the magnetically flexible material retarding 4 and the lower flange 7 serving as the base d for mounting the cathode assembly 1. The gaps between the individual parts of the screen (diaphragm 2, parts 9, 10, 11 and flange 7) are (preferably) 0.1-O, O5 of their diameter and equal to or less than the thickness of the material of the parts. Device-geo works as follows. Using the catheter unit preheater 1, the cathode is heated to the operating temperature, as a result, they emit electrons that fall into the beam-forming region, i.e. between cathode and dia (} ragma 2 with potential V, where they are accelerated, and, passing through its aperture opening, fall into the electric field of the diaphragm 4 with the potential V2. After the input of the electron beam from the gun (from the aperture of the diaphragm 4) is focused by an external magnetic field (not shown in Fig. 1). At the same time, the external magnetic field is attenuated in the photovoltage region so that it does not distort the trajectory of the electrons that make up the beam, since this area is shielded by parts 9,10 11, diaphragm 4, flanges and 7 and 8. The magnetic screen weakens the external one-uniform and non-uniform magnetic field 5O80 times. The formation of an electron occurs under the influence of aperture IC in the formation region created by the accelerating potential V of the diaphragm 2 and the absorbing potential V2 of the diaphragm 4. Degraded For example, with water, heat shields 3 and ceramic insulators 5,6 prevent electrical breakdowns and heat leakage. Shown in FIG. 2 experimental curve of the axial distribution of the magnetic field within the gun: bottom flaiep 7 - K (cathode) -1) (diaphragm 2)) 2 (diaphragm 4) - sepximft flange 8, and also B with wheelchair guns, it attenuates a sharp weakening (50-80 times) of the magnetic field in the beam adjustment zone compared with the external magnetic field to a lower one. In a gun with an external screen (prototype), the weakening of the floor occurs to a lesser extent (by a factor of 1–20), which impairs the formation of a beam. The consequence of this is a reduction in the current transport coefficient. In the gun, by supplying it with an internal magnetic screen, the current-carrying coefficient at V is 99.7%, and in the prototype (with an external magnetic screen) - 97%, Crfely, the beam power (at У2гСОП5 in the first case, 997 JfiV2. And in the second, 973ts V2, Toe there is a significant loss of power of the beam. Experimental curves of the current passage coefficient 101 beam for each gun with an internal magnetic screen (proposed) and with an external (prototype), shown in Fig. 3}, that in the second case with V- ,, 5 current passage coefficient sharply on It is, while in the first case at 10 4.98%, which is especially important when receiving beams — high power and low potential (V-), a large perveance — and for realizing deep beam current modulation, in the proposed gun due to the use of internal magnetic The pulsation current screen of the beam is practically not detected, while in the known cannon they are 1 0 –20%. The gun with an internal magnetic acra- neum, due to its small dimensions, has less weight and less metal intensity. Placing the screen details on the parts to be cooled ensures that a good vacuum is maintained in the area of the gun, since there is no debugging of the screen material. In addition, since some parts of the internal screen are combined, while others are constituent elements of the gun itself, they are simultaneously rigidly fixed with the latter and, when the gun is installed in one or another device (equipment), it is not necessary to set them as if using an external screen.

i t/jA-fyf /f/ Sc/y-r i/v gy/fff/feff /Tfff/eefi t / jA-fyf / f / Sc / y-r i / v gy / fff / feff / Tfff / eef

Фиг. 2FIG. 2

f,%f,%

т sst ss

9090

7ff V7ff v

s ffs ff

rgrg

0t/g.J0t / g.J

Claims

1. A THREE-ELECTRODE ELECTRON GUN WITH A LONGITUDINAL COMPRESSION, comprising a cathode assembly arranged in series on the same axis and separated by insulators, accelerating the diaphragm. equipped with a heat-shielded housing b, and a retarding diaphragm, as well as a magnetic screen having cylindrical and end parts, characterized in that, in order to reduce the size of the gun and reduce beam power losses by improving the conditions of its formation, the cylindrical part of the magnetic screen is made of several annular parts located on the cooled surfaces of the housing of the accelerating diaphragm, and the slowing diaphragm is made of soft magnetic material, and the gaps between the individual parts magnetic shield comprise 0.1-0.05 its outer diameter. g

2. Three-electrode electronic shower.

ka e longitudinal compression on π. 1, I / J wherein the magnetic shield part pilindricheskaya co- It · consists of three annular pieces, two of which are located on _s thermal screens .εί tries, and the third - on accelerating the diaphragm housing. JC

Ζ2ΖΖΣΖ2 _? 1028189