SU1034092A1

SU1034092A1 - Thermal electron cathode unit

Info

Publication number: SU1034092A1
Application number: SU823421966A
Authority: SU
Inventors: Александр Александрович Головченко; Наум Абрамович Иофис; Николай Владимирович Пароль; Валерий Павлович Новоселов; Борис Иванович Лазанов
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6102
Priority date: 1982-04-09
Filing date: 1982-04-09
Publication date: 1983-08-07

Abstract

ЖЕРМОЭЛЕКТРОННЫЙ КАТОДНШ УЗЕП, содержащий стержень тлэ гексабо ,рида лантана.с торцовой- эмиттирующей поверхностью, те1 4окатод дл нагрева стержн посредством электронной бомбардировки и диэлектрическое основаД1ие с выводами, отличающйй с .тем, чро, с целью повьаиени стабильноститемпературы стержн , увеличени долговечности и снижени потребл емой мощности, между стержнем и термокатодом расположен электрически изолированный экран кз тугоплавкого провод щего материала, причем отношение максимальных размеров сечений стержн и экрана находитс в пределах 0,5-0,9.ё -1 о :а юZHERMOELEKTRONNY KATODNSH UZEP comprising rod tle geksabo, chloride lantana.s tortsovoy- emitting surface TE1 to heat 4okatod rod by electron bombardment and dielectric osnovaD1ie with the findings with otlichayuschyy .tem, chro in order povaieni stabilnostitemperatury rod, increasing the longevity and decreasing consumed power, between the rod and the thermal cathode there is an electrically insulated shield of a refractory conductive material, the ratio of the maximum dimensions of the cross sections of the rod and screen is in the range of -1 0,5-0,9.o: and w

Description

Изобретение относитс к эмиссионч ной электронике, а более конкретно к термоэлектронным катодам из гексаборида лантана, эмиттирующий элемент которых Выполнен в виде стержн и нагреваетс при помощи электронной бо1 бардировки. Такие катоды примен ютс в электроннолучеврм оборудовании , ускорител х и других физических приборах. Известна конструкци термоэлектронного катода из гексаборида лантана , в которой эмиттирующий элемент/ выполнен в виде стержн . Вокруг стержн расположена, спираль из воль-; фрамовой или танталовой проволоки, выполн юща роль первичного термокат тода. При нагреве спирали до температуры пор дка 2000 С и подаче напр жени между, спиралью и стержнем (положительный потенциал прикладываетс к стержню), последний нагреваетс до, рабочих температур пор дка 1бОО°С за счет электронной бомбардировки i , Недостатками известной конструкци вл ютс уменьшение работы выхода первичного термокатода, вследствие напылени на него гексаборида лантана , испар ющегос со стержн при рабочих температурах , что приводит к интенсификации электронной бомбардировки стержн , повышению его темпе ратуры малый срок службы первичного термокатода, ограничиваемый взаимодействием напыленного гексаборида лантана с материалом спиралиi Известна также конструкци термоэлектронного катода содержащего стер жень из гексаборида лантана с торцовой эмиттирующей поверхностью, термо катод дл нагрева стержн посредство электронной бомбардировки и диэлектрическое основание с выводеими. Бокова поверхность стерж:н покрыта тонким слоем (около 50 Л) аморфного-уг лерода . Цель нанесени покрыти предотвЁ )а1цение напылени гексаборида лантана на поверхность первичного, тер мокатода и .как следствие -стабилизаци температурного режима работьа катода и повышение срока службы первичного термокатода (2J . Недостатками конструкции вл ютс низка стойкость предлагаемого покры ти при рабочих температурах катода, определ ема процессами взаимодиффуэ зи-и и -химического взаимодействи меж ду вгексаборидом лантана и углеродным поирытием, что практически не поз .воЛ ет исключить напыление гексабори да 1антана на поверхность первичного термокатода при длительной эксплуатации узла. Следствием этого недоста ка вл етс недостаточна стабиль, :. ность температуры катода; относитель но высока потребл ема узлом мощ- ность, котора складываетс иэ мощщзртей , расходуемых на нагрев первич Horo термокатода и на электрон уго омбардировку, кроме того, недос таточна долговечность катодного узла. Цель изобретени - повышение стабильности температуры эмиттирующего стержн , увеличение долговечности и снижение потребл емой мощности. Поставленна цель достигаетс тем, в термоэлектронном катодном узла, содержащем стержень из гексаборида лантана с торцовой эмиттирующей поверхностью , термокатод дл нагрева, стержн посредством электронной бомбардировки и диэлектрическое основа-i ние с выводами, между стержнем i термокатодом расположен электрически изолированный экран из тугоплавкого провод щего материала, причем отноше ние максимальных размеров сечений стержн и экрана находитс в пределах 0,5-0,9. На чертеже изображена конструкци предлагаемого устройства. Устройство содержит эмиттирующий стержень, первичный термокатод 2, электрически изолированный экран 3, основание 4 из диэл.ектрика с вывода ми. Устройство работает следующим образом . . . При включении катода экран нагрев веетс посредством электронной бом бардировки. Дл этого первичный термокатод нагреваю.т до температуры пор дка 2000°С и между ним и экраном прикладывают разность потенциалов (положительный потенциал на экране). Температура экрана при этом достаточна дл обеспечени радиационного наГрева эмиттирующего стержнд до рабочих температур (1600-1SOO C). Нагретый до таких температур стержень о беспечивает достаточный эмиссионный ток с боковой поверхности дл нагрева экрана. Поэтому после нагрева стержн разность потенциалов прикладываетс между ним и экраном (поло|жительный потенциал на экране), .а питание накрала первичного термока-i тода отключаетс . . Неизбежное прирабочих температу рах стержн напыление гексаборида лантана на поверхность экрана, обращенную к нему, неможет существенным образом повли ть на эксплуатационные параметры катода, в частности на температуру стержн , так как коэффициент излучени экрана при этом практически остаетс неизменным,. По этой же причине не представл ет опасности изменение электрических свойств материала экрана, вследствие взаимодействи между ним и образующейс в процессе эксплуатации пленкой гексаборида лантана . Пределы отношений диаметра стержн к внутреннему диаметру экрана при круглой форме стержн и экранаThe invention relates to emission electronics, and more particularly to thermionic cathodes of lanthanum hexaboride, the emitting element of which is Designed as a rod and is heated by electronic heating. Such cathodes are used in electron-beam equipment, accelerators, and other physical devices. A known design of a thermionic cathode of lanthanum hexaboride, in which the emitting element / is made in the form of a rod. Around the rod is located, a spiral of wills; framed or tantalum wire, which plays the role of primary thermokat. When the coil is heated to a temperature of about 2000 ° C and a voltage is applied between the coil and the rod (a positive potential is applied to the rod), the latter heats up to operating temperatures of about 10 ° C due to electron bombardment i. The disadvantages of the known design are primary thermocathode, due to the deposition of lanthanum hexaboride on it, evaporating from the rod at operating temperatures, which leads to an intensification of the electron bombardment of the rod, an increase in its temperature the lifetime of the primary thermal cathode, limited by the interaction of the deposited lanthanum hexaboride with the helix material. Also known is the design of a thermoelectronic cathode containing a lanthanum hexaboride rod with an end emitting surface, a thermal cathode for heating the rod by means of electron bombardment and a dielectric base with leads. The side surface of the rod: n is covered with a thin layer (about 50 L) of amorphous carbon. The purpose of the coating is to prevent the deposition of lanthanum hexaboride on the surface of the primary, thermal cathode and. As a consequence, the temperature of the cathode is stabilized and the service life of the primary thermal cathode is increased (2J. The design is poor at durability of the cathode, processes of mutual diffusion of zi and chemical interaction between lanthanum v hexaboride and carbon doping, which practically does not allow to exclude the deposition of hexabor and da yan tane and the surface of the primary thermal cathode during long-term operation of the assembly.The consequence of this deficiency is insufficient stabilization of the cathode temperature; the relatively high power consumed by the node, which adds up to the power consumed for heating the primary Horo thermal cathode and for electron polarization. In addition, the durability of the cathode assembly is insufficient. The aim of the invention is to increase the temperature stability of the emitting rod, increase the durability and decrease power consumption. The goal is achieved by a thermoelectronic cathode assembly containing a rod of lanthanum hexaboride with an end emitting surface, a thermal cathode for heating, a rod through electronic bombardment and a dielectric base-i with leads, an electrically insulated shield of refractory conductive material is located between the terminal i of the thermal cathode the ratio of the maximum dimensions of the cross sections of the rod and the screen is in the range of 0.5-0.9. The drawing shows the design of the proposed device. The device contains an emitting rod, a primary thermal cathode 2, an electrically insulated screen 3, and a base 4 from a dielectric with leads. The device works as follows. . . When the cathode is turned on, the heating screen is vented by means of electronic barding. For this, the primary thermal cathode is heated to a temperature of about 2000 ° C and a potential difference is applied between it and the screen (positive potential on the screen). The screen temperature is sufficient to ensure the radiation heating of the emitting rod to the operating temperature (1600-1SOO C). The rod, heated to such temperatures, ensures sufficient emission current from the side surface to heat the screen. Therefore, after heating the rod, a potential difference is applied between it and the screen (the positive potential on the screen), and the power supply to the edge of the primary thermometer-i is turned off. . The inevitable operating temperatures of the rod sputtering lanthanum hexaboride onto the screen surface facing it cannot significantly affect the operating parameters of the cathode, in particular, the temperature of the rod, since the radiation coefficient of the screen remains practically unchanged. For the same reason, there is no danger of a change in the electrical properties of the screen material, due to the interaction between it and the lanthanum hexaboride film formed during operation. The limits of the relationship of the diameter of the rod to the inner diameter of the screen with a round form of the rod and the screen

или соответствующими сторонами при других форумах стержн и экрана опре« делены экспериментально, исход из требований обеспечить оптимальные параметры радиационного нагрева стержн излучением с-экрана при сохране-- 5 НИИ работоспособности катодного узла, в целом.or by the relevant parties in other forums of the rod and the screen are determined experimentally, based on the requirements to ensure the optimal parameters of radiation heating of the rod by radiation from the screen while maintaining - 5 research institutes of the cathode node as a whole.

Если это отношение меньше 0,5, рассто ние между стержнем и экраном великими дл радиационного нагрева 0 стержн до. рабочих температур 1600-1700 С требуетс температура экрана существенно больша , чем 2000 С, что приводит к необходимости увеличени мощности, выдел емой4с на экране, и снижению надежности узла в, целом..If this ratio is less than 0.5, the distance between the rod and the screen is great for radiative heating of the 0 rod to. operating temperatures of 1600-1700 ° C require a screen temperature substantially greater than 2000 ° C, which leads to the need to increase the power allocated 4c on the screen and reduce the reliability of the node in the whole ..

ЕСЛИ это отношение больше 0,9 рассто ни между стержнем и экраном малы и велика веро тность короткого замыкани между стержнем и экраном 2 при нагреве, что приводит к выходу узла и .стро .IF this ratio is greater than 0.9, the distance between the rod and the screen is small and there is a high probability of a short circuit between the rod and the screen 2 when heated, which leads to the output of the node and build.

П р и м ер. Эмиттир5(1Ю1ай й стержень выполнен ИЗгор чепрессованогЬ поликристаллического гексаборида лантана 25 диаметром 1 мм и длиной 18 мм. Один конец стержн закреплен в цанговом зажиме, расположенном в основании из диэлектрика, в основании имеютс также выводы дл закреплени экрана и 30 первичного термокатода. Экран выпол .нен из лантала, толщиной 0,1 мм, диаметр экрана 1,5 мм и ширина 4 мм.P r and m er. Emitter5 (Core1 is an Izgor chepressovanog polycrystalline lanthanum hexaboride 25 with a diameter of 1 mm and a length of 18 mm. One end of the rod is fixed in the collet clamp located at the base of the dielectric, there are also terminals for fixing the screen and the 30 primary thermal cathode at the base. Clamp. Nant of lantala, 0.1 mm thick, screen diameter 1.5 mm and width 4 mm.

Первичный термокатод представл ет собой спираль диаметром 5 мм, из вольфрамовой проволоки, толщиной 0,4 мм, число витков - 3, шаг - 1 мм Экран установлен в верхней части стержн , вблизи торцовой эмиттирующей поверхности, :The primary thermal cathode is a spiral 5 mm in diameter, made of tungsten wire, 0.4 mm thick, the number of turns is 3, the step is 1 mm. The screen is installed in the upper part of the rod, near the end emitting surface,:

При рабочей температуре стержн 1600-1800 С с катодного узла отбираетс ток плотностью 20-25 А/см. Пот ребл ема на нагрев мощность ооставч л ет в установившемс режиме 7-9 Вт, в момент включени 13-15 Вт. Провёре На долговечность превышает 500 час.At an operating temperature of the rod of 1600-1800 ° C, a current with a density of 20-25 A / cm is taken from the cathode assembly. The pot recuperated to heat power in the steady state will be 7-9 W, at the moment of switching on 13-15 W. Proven Durability exceeds 500 hours.

Положительный эффект от внедрени Оредлагаемого изобретени состоит в :рысокой стабильности температурного |зежима работы эмиттирующего стержн и стабильности эмиссионных параметров, обеспечиваемой посто нством электрон ного и радиационного нагрева во времени; повышении срока службы катода в целом вследствие исключени взаимодействи между материалом первичного термокатода и напыл емым в npoujecce эксплуатации на него гексаборидом лантана; в снижении потребл емой мощности катодного узла в установившемс режиме за счет отключени первичного термокатода.The positive effect from the introduction of the proposed invention is: the stability of the temperature of the operation of the emitting rod and the stability of the emission parameters, ensured by constant electronic and radiative heating with time; increasing the service life of the cathode as a whole due to the exclusion of the interaction between the material of the primary thermal cathode and lanthanum hexaboride sprayed on it during operation; in reducing the power consumption of the cathode assembly in the steady state due to the disconnection of the primary thermal cathode.

Применение предлагаемой конструкции катодного узла в электроннолучевом и аналогичном оборудовании не требует переделки существующих систем электродов установок.The application of the proposed design of the cathode assembly in electron beam and similar equipment does not require reworking of existing systems of electrodes of installations.

Claims

| 54) THERMOELECTRONIC CATHODE ASSEMBLY containing a rod made of hexabo, lanthanum reed with an end-emitting surface, a thermal cathode for heating the 'rod by electron bombardment, and a dielectric base' with leads / different, in particular, to increase stability of the rod temperature , to increase durability and reduce power consumption, between the rod <and the thermal cathode there is an electrically insulated screen of refractory conductive material ', and the ratio of the maximum dimensions of the rod me and the screen is within '_