SU1072138A1 - Электронна пушка - Google Patents

Abstract

ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА, содер .жата  вакуумную камеру, в которой осесимметрично размещены термоэмиссионный катодный узел с цилиндрическим корпусом, установленным в проходном изол торе, и анод с фланцем, и камеру жидкостного охлаждени , коаксиально охватывающую вакуумную камеру, отличающа с  тем, что, с целью повышени  надежности и рееурса, коаксиально с проходным изол тором размещена заполненна  фторорганической жидкостью камера, ограниченна  в радиальном направлении поверхност ми проходного изол тора и вакуумной камеры, корпус катодного узла снабжен пере- . ходным фланцем и выполнен в виде тепловой трубы, конденсаторна  часть которой представл ет собой потенциальный экран, расположенный в О) камере с фторорганической жидкостью.

Description

11 21 7 У 6

)/«

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к мощным энерго блокам электронно-лучевых установок, примен емым в электротермии.

Известна электронна  пушка большой мощности, примен ема  дл  плавки металлов в вакууме, содержаща  вакуумную камеру, и которой располо-, жены термоэмиссионный катодный узел, анод с вод ной рубашкой, проходной изол тор, металлический цилиндрический корпус, внутри которого проход т шины дл  подвода накала, а снаружи-расположены радиаторы системы Охлаждени , Радиаторы охлаждени  катодного узла, наход щегос  под высоким потенциалом, снаружи охвачены цилиндрическим заземленным экра-ном , в который встроен вентил тор дл  удалени  нагретого воздуха CU.

Недостаток указанного устройства - невозможность стабилизации температурного пол  катодного узла при случайных флюктуаци х режима его нагрева и отбора эмиссионного тока. При этом возрастание Температуры эмиттирукщей поверхности катода всего на несколько дес тков градусов приводит к существенному изменению как величины эмиссионного тока, так и скорости испарени  активного спои, в результате снижаетс  ресурс работы электронной пушки, определ еый износом и потерей эмиссионных свойств катодного узла. Кроме того, в этом устройстве трудно обеспечить необходимый запас по электрической прочности из-за увеличени  внешних размеров катодного узла, охлаждаемого и изолируемого воздушной средой, что в итоге снижает надежность в эксплуатации. . .

Известна также электронна  пушка, содержаща  вакуумную камеру, в которой осесимметрично размещены термоэмиссионный катодный узел с цилиндическим корпусом, установленным в роходном изол торе, и анод.с фланцем , и камеру жидкостного охлаждени , коаксиально охватывающую вакумную камеру. Камера охлаждени  катодного узла выполнена в виде цииндрической вод ной рубашки, соединенной со спиральным вод ным сопротивлением , рассчитанным на полное напр жение установки. Вод ное сопротивление смонтировано внутри защитного заземленного экрана Г2 .

Недостатком известного устройства  вл етс  ограничение ресурса и йаежности работы при изменени х режиа электронно-лучевой плавки, обусовленных флюктуаци ми параметров цепей питани , типом технологического процесса, качеством исходного мйтериала и состо нием вакуума в камере . При этом известное.устройство не обеспечивает стабилизации тетлпературного пол  пушки, что приводит к скачкообразному возрастанию эмиссии и скорости испарени  активного сло  катода и обусловливает его преждевременный износ или потерю эмиссионных свойств. Кроме того, в известном устройстве система охлаждени  катода, включа  вод ную спираль значительной длины, выполнена с воздушной изол ций), что существенно увеличивает веро тность электрических пробоев при переходных процессах и тем самьоА снижает надежнос устройства в целом.

Цель изобретени  - увеличение надежности и ресурса работы мешаной электронной пушки, примен емой в электронно-лучевых плавильных установках .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в электронной пушке, ордержащей Вакуумную камеру, в которой осесимметрично размещены термоэмиесионный катодный узел с цилиндрическим корпусом, установлен.нйи в прохоном изол торе, и анод с фланцем, и камеру жидкостного охлаждени , коаксиально охватывающую вакуумную камеру, коаксиально с проходным изол тором размещена заполненна  фторорганической жцдкостью камера, ограниченна  в радиальном направлении поверхност ми проходного изол тора и вакуумной камеры, корпус катодног узла снабжен переходным фланцем и выйолнен в виде тепловой трубы, конденсаторна  часть которой представл ет собой потенциальный экран, расположенный в камере с ф-торорганической жидкостью.

Корпус катодного узла содержит дисковую переходную часть, расположенную параллельно анодному фланцу на уровне половины высоты проходного изол тора, который выполнен из двух секций.

Вод на  цилиндрическа  камера охлаждени  и камера с фторорганической жидкостью образованы цилиндрическими ортогональными ребрами анодного фланца, расположенными соосно с проходным изол тором.

На чертеже изображена предлагаема  электронна  пушка, разрез.

Электронна  пушка содержит вакуумную камеру i с откачными патрубками 2, термоэмнссионный катодный узел 3, состо щий из вспомогательного катода 4, основного таблеточного катода 5 и цилиндрического корпуса б, вьшолненного в вщ1е тепловой трубы. Катодный УЭ&1 установлен на оси симметрии проходного изол тора 7, состо щего из двух секций равной высоты, сна(йсенного изолирующей крышкой 8, через которую проход т шины 9 подвода накала. Анод 10 электронной пушки крепитс  на анодном фланце 11 с цилиндрическими ребрами 12, обра укхцими теплообменнце камеры 13 и 14, заполненные соответственно фторорганической жид .костью и водой. Подвод охла здакицйх : жидкостей ос пцествл етс  через патрубки 15 на верхнем фланце 16 тепло Р1 4енных камер Корпус катодного узла содержит полость, заполненную тешюноситапем 17,. причем цилиндрическа  часть 18 полости корпуса  вл етс  зонс испарени  теплоносител , дискова  часть 19, котора  может быть расположена на уровне половины высоты проходного изол тора ,  вл етс  адиабатной зоной тепло вой трубы. Конденсаци  теплоносител  происходит в цилиндрической поло ти 20/ расположенной внутри потенциального экрана 21 , охватыванадёго проходной изол тор. Подключение пит . ни  накала производитс  высоковольх . ным кабелем 22, проход пцим через заземленный экран 23. Устройство работает следующим образом. После включени  мощности накала, подводююй шинами 9, происходит разогрев основного катода 5 до номинальной рабочей температуры. В. процессе выхода на номинальный режим накала происходит автоматический запуск тепловой трубы,  вл ющейс  корпусом б катодного узла. В цилиад рической его части 18 прои сходит испарение теплоносител / который, проход дисковую часть 19, конденси руетс  в цилиндрической полости 20, расположенной внутри потенциального экрана 21. Тепловой с поверхности экрана 21, наход щегос  под высоким отрицательным потенциалом катодного узла 3, снимаетс  в тепло обменной камере 13, заполненной фто органической жидкостью. Мощность, необходима  дл  нагрева катода 5, зависит от его размеров, материала, выбора рабочей температуры и структуры тепловых потерь. Если отбор тепла на поверхности экрана 21 происходит в процессе кип . ни  пограничного сло  фторорганичес кой жидкости, то это не приводит к снижению электрической прочности пушки. Парова  фаза фторорганическо жидкости в камере 13 имеет электричес кую прочность, близкую к прочное ти трансформаторного масла, ди-;. электрическа  проницаемость измен -етс  линейно в широком диапазоне изменени  температур.Движение изоли рующей жидкости в камере 13 происхо дит за счет разности плотностей, а отвод тепла осуществл етс  через цилиндрическую стенку, раздел 1101аую камеры 13 и 14. Больша  плоцадь поверхности анод ного фланца 11 обеспечивает эффекти ность конвективного теплообмена между анодом и жидкост ми в камерах 13 и 14. Корпус б катодного узла, выполн ющий функции тепловой трубы, обеспечивает изотермический режим работы эмиссионной поверхности основного катода 5. При этом.становитс  возможным контроль и управление скоростью испарени  активного вещества катода, определ ющей надежность и ресурс работы устройства в целом. Так, дл  оксидного катода рост температуры всего на 20°С по срав- . нению с номинальной (Т 1100 К) приводит к возрастанию скорости испа,рени  активного сло  в 4 раза, а лс кальный РОСТ температуры на сокращает ресурс работы катода в 10 раз. В предлагаемом устройстве демпфируютс  также случайные флюктуации температурного пол , обусловленные обратной тепловой св зью анода и катода, что уменьшает веро тность испарени  компонентов эмиттирующей поверхности катода, как окись бари  и др.,- что в услови х эксплуатации приводит к росту электрического сопротивлени  поверхностного сло  катода и уменьшению тока эмиссии. В.качестве теплоносител , заполн ющего корпус катодного узла, в зависимости от материала катода и его рабочей . тетературы (оксидный катод, вольфрамовый, гексаборидлантановый , барий-никелевый и .) могут использоватьс , например, натрий, литий или другие теплоносители . Теплова  труба на литии при 1500°С обеспечивает направленную передачу теплового вотока пор дка 10-20 кВт/см. После конденсации теплоносител  в полости экрана 21 его возврат в область кипени  осуще .ствл етс  за счет силы т жести и капилл рных сил, дл  чего noлod ти 18 - 20 снабжаютс  фитилем иливыполн ютс  с канавками. При использовании , в качестве теплоносител  натри  корпус б может &ать выполнен КЗ нержавеющей стали, при использовании лити  корпус изготавливаетс  из ниоби , тантала или молибдена. Поскольку теплова  труба обеспечивает эффетивный перенос тепла толькО в одном направлении, то секци  керамического изол тора 7 автоматически защищена от тепловых перегрузок . При этом каскадное включение двух теплообменных устройств- {корпуса б и камеры 13) работает как трансформатор плотности теплового потока и стабилизатор температурного пол  в зоне эмиссии электронов. В качестве теплоносител  в камере 13 могут быть выбраны жидкости , из р да перфтораминов, теплофизические и электроизол ционные свойства не уступают трансформаторному маслу, но они характеризуютс  химической инертностью к нагретым металлам, взрывобеэопасностью, а электрическа  прочность их после тренировочных п робоев возрастает в пределах 50-150 кВ/см. Совмацение функций изолирующей высокопрочной жидкости и теплоносител  позвол ет существенно сократить габариты устройства при заданном уровне высокого напр жени  или увеличить уровень ускор ющего напр жени  в 2-3 раза при тех же габаритах.

% - J

При применении изобретени  стабилизируетс  температура катодного узла и уменьшаетс  его износ независимо от наличи  теплообмена между анодом и катодом электронной пушки, взаимного вли ни  цепей питани  (пр мого и электронного йакала и анодной цепи) и других факторов, а также уменьшаетс  веро тность электрических пробоев в устройстве в I Целом. Причем оптимизаци  конструктивного оформлени  п: Л11ки, учитывающа  конкретную взаимосв зь электрических и тепловых процессов, достигаетс  на основе принципа совмещени  изолирующей и охлаждающей среды (использование камеры с фторорганической жидкостью) , совмещени  корпуса катодного узла и тепловой трубы, конденсаторной части тепловой трубы и потенциального электроду, обеспечивающего однородную структуру электрического пол , и совмещени  оребренного анодного фланца с теплообменными камерами. Поэтому нар ду с повышением надежности и ресурса работы устройства уменьшают;с  его весогабаритные показатели, особенно при переходе к большим мощност м накала и энерги м пучка (высота пумки уменьшаетс  почти вдвое). Эти асобеннрсти позвол ют эффективно примен ть электронную пушку в электронно-лучевых установках средней и большой мощности, а также в электрофизических установках дл  формировани  и исследовани  интенсивных рел тивистских пучков электронов.

Claims (1)

1. ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА, содержащая вакуумную камеру, в которой ^х осесимметрично размещены термоэмиссионный катодный узел с цилиндрическим корпусом, установленным в проходном изоляторе, и анод с фланцем, и камеру жидкостного охлаждения, коаксиально охватывающую вакуумную камеру, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и рееурса, коаксиально с проходным изолятором размещена заполненная фторорганической жидкостью камера, ограниченная в радиальном направлении поверхностями проходного изолятора и вакуумной камеры, корпус катодного узла снабжен пере- . ходным фланцем и выполнен в виде тепловой трубы, конденсаторная часть р которой представляет собой потен- $ циальный экран, расположенный в камере с фторорганической жидкостью. С

   1 1072138