SU1725288A2

SU1725288A2 - Cathode unit of gaseous-discharge devices

Info

Publication number: SU1725288A2
Application number: SU904805194A
Authority: SU
Inventors: Николай Ростиславович Лобанов; Владимир Тимофеевич Барченко; Анатолий Александрович Глазков; Игорь Сафарбиевич Баликоев; Сергей Николаевич Заграничный
Original assignee: Московский Инженерно-Физический Институт; Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина)
Priority date: 1990-03-23
Filing date: 1990-03-23
Publication date: 1992-04-07

Abstract

Изобретение относитс к технике газоразр дных устройств, в частности к катодным узлам таких устройств, и может быть использовано в электронной , радиотехнической и других отрасл х промышленности. Целью изобретени вл етс увеличение срока службы и снижение теплонапр женности катода . Цель достигаетс тем, что в катодном узле, содержащем полый катод в виде цилиндрической трубы 1 с одним глухим торцом, закрытым -крышкой 2,The invention relates to a technique for gas discharge devices, in particular to cathode assemblies of such devices, and can be used in the electronic, radio and other industries. The aim of the invention is to increase the service life and decrease the calorific value of the cathode. The goal is achieved by the fact that in the cathode assembly containing a hollow cathode in the form of a cylindrical tube 1 with one blind end closed by a lid 2,

Description

fofo

установлена цилиндрическа , вставка 7 из магниевого сплава с плоским рабочим торцом, при этом указанный торец расположен в срединной плоскости между первыми двум источниками А магнитного пол со стороны глухого торца катода, Источники k могут быть выполнены в виде посто нных магнитов с продольной намагниченностью, установленных так, что направлени намагниченности соседних магнитов встречны. Благодар перечисленным признакам,у значительной части периферийной зоны плоского торца вставки 7 магнитное поле имеет преимущественно радиальный характер при квази- ; продольном характере электрического пол вблизи поверхности указанной Ia cylindrical insert 7 of magnesium alloy with a flat working end is installed, with the said end located in the middle plane between the first two sources A of the magnetic field on the side of the blind end of the cathode. Sources k can be made in the form of permanent magnets with longitudinal magnetization established that the directions of magnetization of neighboring magnets are opposing. Due to the listed features, a significant part of the peripheral zone of the flat end of the insert 7 has a predominantly radial magnetic field with a quasi; the longitudinal nature of the electric field near the surface of the specified I

; ;

72528847252884

зоны на торце вставки. Это создает услови дл возникновени электрического дрейфа электронов, увеличиваю.zone at the end of the insert. This creates conditions for the occurrence of electrical drift of electrons, increasing.

, щего их пробег, а следовательно, и .j эффективность ионизации газа вблизи рабочего торца вставки. Кроме того, выполнение вс.тавки из магниевого спла-; ва снижает работу выхода не только на, their mileage, and, consequently, the .j gas ionization efficiency near the working end of the insert. In addition, the implementation of the vs.tavki magnesium melt; va reduces work output not only on

to поверхности вставки, но и на остальной части внутренней поверхности полого катода вследствие распылени вставки и оседани распыленного мате-- риала на указанной поверхности. Всеto the surface of the insert, but also to the rest of the inner surface of the hollow cathode due to the dispersion of the insert and the settling of the sprayed material on the specified surface. Everything

J5 это снижает напр жени горени разр да и, соответственно, теплонапр жен- ность катода, увеличивает срок его службы 1 ил оJ5, this reduces the burning voltage of the discharge and, accordingly, the thermal energy of the cathode, increases its service life 1 or more.

Изобретение относитс к газоразр дным устройствам, в частности к ; катодным узлам таких устройств на основе плазмы низкого давлени , может быть использовано в электронной , радиотехнической и других отрасл х промышленности и вл етс усовершенствованием изобретени по авт.св. № 681476.The invention relates to gas discharge devices, in particular to; The cathode assemblies of such devices based on low-pressure plasma can be used in the electronic, radio engineering and other sectors of the industry and are an improvement of the invention according to the author. No. 681476.

Целью изобретени вл етс увеличение срока службы и снижение теплонапр женности катода за счет уменьшени напр жени горени разр да .,The aim of the invention is to increase the service life and decrease the thermal stress of the cathode by reducing the discharge burning voltage.

На чертеже представлена конструктивна схема предлагаемого устройства .The drawing shows the structural diagram of the proposed device.

Узел содержит полый катод в ви- де отрезка цилиндрической трубы 1 с крышкой 2 и фланцем 3, источники магнитодвижущей силы - посто нные магниты 4, установленные кольца 5,; гайку 6 цилиндрическую вставку 7 и шпильку 8The assembly contains a hollow cathode in the form of a segment of a cylindrical tube 1 with a lid 2 and a flange 3, the sources of the magnetomotive force are permanent magnets 4, mounted rings 5 ,; nut 6 cylindrical insert 7 and pin 8

Крышка 2 образует глухой торец полого катода, в ней может быть вы- полнено отверстие дл подвода газа. Установленные кольца 5 задают рассто ние между посто нными магнитами 4. Магниты имеют продольную намагниченность и установлены так,, чтоы направлени намагниченности соседних магнитов направлены встречно. Вставка 7 выполнена из магнитного сплава, имеет плоский рабочий торец и уста- The cover 2 forms the blind end of the hollow cathode, and a gas inlet may be provided therein. The mounted rings 5 set the distance between the permanent magnets 4. The magnets have a longitudinal magnetization and are set so that the directions of the magnetization of the adjacent magnets are directed oppositely. The insert 7 is made of a magnetic alloy, has a flat working end and is installed

00

5five

/ювлена в полости так, что указанный торец расположен в срединной плоскости , раздел ющей первые два магнита со стороны глухого торца катода. Узел работает следующим образом, В полости катода формируетс система магнитных ловушек, гиперболиче-- ского типа, создающих услови дл локального накоплени частиц. При возбуждении разр да положительный столб заполн ет внутренний объем катодной полости, при этом больша часть разр дного напр жени приложена к участку пространства между./ uvlena in the cavity so that the specified end is located in the median plane separating the first two magnets from the side of the deaf end of the cathode. The node operates as follows. A system of magnetic, hyperbolic-type traps is created in the cavity of the cathode, creating conditions for the local accumulation of particles. When a discharge is excited, the positive column fills the internal volume of the cathode cavity, with the greater part of the discharge voltage being applied to the part of the space between.

Q внутренней поверхностью полости и внешней границей положительного столба/ , формиру катодное падение потенциала . Поскольку торцова поверхность вставки 7 лежит в плоскостиQ the inner surface of the cavity and the outer boundary of the positive column /, forming a cathode potential drop. Since the end surface of the insert 7 lies in the plane

5 между двум соседними магнитами, ближайшими к крышке катода, силовые линии индукции магнитного пол имеют преимущественно радиальный компонент в области полости, прилегающей .5 between two adjacent magnets closest to the cathode lid, the magnetic field induction lines of force have a predominantly radial component in the region of the cavity adjacent.

0 к рабочему торцу вставки 7 по крайней мере у периферийных ее частей. Вектор электрического пол катодного падени направлен перпендикул рно торцовой поверхности вставки.0 to the working end of the insert 7 at least at its peripheral parts. The cathode fall electric field vector is perpendicular to the end surface of the insert.

ij Таким образом, в данной области выполн ютс услови дл замкнутого дрейфа электронов в скрещенных элек трическом и магнитном пол х. Повыше ние эффективности ионизации за счетij Thus, the conditions for closed electron drift in crossed electric and magnetic fields are fulfilled in this region. Increased ionization efficiency due to

искривлени траекторий электронов приводит к повышению плотности ионного тока на вставку 7. Кроме того, дополнительное повышение эффективности эмиссии электронов с поверхности вставки достигаетс за счет выбора материала с низкой работой выхода на основе магниевого сплава.the curvature of the electron trajectories leads to an increase in the ion current density on the insert 7. In addition, an additional increase in the efficiency of electron emission from the insert surface is achieved by choosing a material with a low work function based on a magnesium alloy.

Все это обусловливает положительный эффект, получаемый при использовании изобретени , который выражаетс в том, что вследствие указанного повышени эффективности эмиссии электронов, происходит снижение напр жени зажигани и горени . Это приводит к снижению тепло- напр женности катода и увеличению срока его службы.All this leads to a positive effect obtained with the use of the invention, which is expressed in that, as a result of this increase in the efficiency of the emission of electrons, a decrease in the ignition and combustion voltages occurs. This leads to a decrease in the thermal stress of the cathode and an increase in its service life.

Если диаметр вкладыша значительно меньше диаметра катодной полости , то уменьшаетс площадь активной эмиссионной поверхности, на которой реализуютс услови дл замкнутого дрейфа электронов, при этом уменьшаетс эффективность эмиссии полого катода. К этому же эффекту привод т изменени положени торцовой поверхности вставки относительно серединной плоскости между двум соседними магнитами. Размещение рабочего торца вставки в этой плоскости приводит к снижению его эффективности .If the liner diameter is significantly smaller than the diameter of the cathode cavity, then the area of the active emission surface on which the conditions for closed electron drift are realized decreases, while the emission efficiency of the hollow cathode decreases. The same effect is caused by changes in the position of the end surface of the insert relative to the midplane between two adjacent magnets. Placing the working end of the insert in this plane leads to a decrease in its efficiency.

Эксперименты показали, что применение вставки в полом катоде обес7252886Experiments have shown that the use of an insert in the hollow cathode is obra2252886

печивает существенное снижение разр дного напр жени . Напр жение горени разр да в большом диапазоне токов без вставки составл ет величину 320-350 В (рабочий газ - аргон, давление в газоразр дной камере в диапазоне 0,1-0,5 мм рт.ст.). При использовании вставки напр же10 ние горени разр да снижаетс до величины 120-150 В при идентичных услови х, что соответствует уменьшению вводимой в разр д мощности, и, соответственно, термонапр женностиproduces a significant reduction in discharge voltage. The discharge voltage in a large range of currents without insertion amounts to 320-350 V (working gas is argon, the pressure in the gas discharge chamber is in the range of 0.1-0.5 mm Hg). When an insert is used, the burning voltage of the discharge decreases to a value of 120-150 V under identical conditions, which corresponds to a decrease in the power input to the discharge, and, accordingly, the thermal intensity

15 примерно в 2,5 раза. В совокупности с уменьшением скорости распыле- . ни вставки это приводит к увеличению срока службы катода.15 about 2.5 times. Combined with a decrease in the spray rate. neither insert this leads to an increase in the service life of the cathode.

20 ф20 f

о р м у л аabout rmu l and

и з о б р е т е ни and s ore

Катодный узел газоразр дных устройств по авт.св. V 68Ц76, о т л и ч а ю щ и и с тем, что, с целью увеличени срока службы и снижени теплонапр женности катода за счет уменьшени напр жени горени разр да, он снабжен цилиндрической ;вставкой из магниевого.сплава с пло ским торцом установленной в глухом торце полости катода -так, что указанный плоский торец вставки расположен в средней плоскости между первыми двум магнитами со стороныThe cathode assembly of gas discharge devices according to the ed. V 68TS76, about tl and h and y and so that, in order to increase the service life and reduce the thermal stress of the cathode by reducing the discharge burning voltage, it is provided with a cylindrical; magnesium alloy insert with a flat end installed in the blind end of the cavity of the cathode - so that the specified flat end of the insert is located in the middle plane between the first two magnets on the side

упом нутого глухого торца полости катода , the mentioned blind end of the cathode cavity,

Claims

Cathode assembly of gas discharge devices according to ed. 68 '681476, so that in order to increase the service life and reduce the heat stress of the cathode by reducing the burning voltage of the discharge, it is equipped with a cylindrical insert of magnesium alloy with a flat an end face mounted in the blind end of the cathode cavity so that said flat end face of the insert is located in the middle plane between the first two magnets on the ac side of the said blind end of the cathode cavity.