SU692430A1

SU692430A1 - Gas-discharge electron gun

Info

Publication number: SU692430A1
Application number: SU782606638A
Authority: SU
Inventors: В.А. Горелов; А.И. Данилевич
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4903
Priority date: 1978-04-20
Filing date: 1978-04-20
Publication date: 1980-10-07

Description

1one

Изобретение относитс к области электротехники, в частности к газоразр дным устройствам, предназначенным дл создани электронного пучка и может быть использовано в установках дл визуализации разреженных газовых потоков.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular, to gas discharge devices designed to create an electron beam and can be used in installations for visualizing rarefied gas flows.

Известна газоразр дна чейка, содержаща три электрода: кадод, ано и диафрагму с пр моугольным отверстием il. Ячейка позвол ет получать плоский ленточный электронный пучок. Однако низка плотность тока и малый суммарный ток пучка (пор дка ) не позвол ет использовать его дл визуализации кратковременных течений газа.A gas discharge cell is known that contains three electrodes: a cadode, an anode, and a diaphragm with a rectangular orifice il. The cell allows a flat ribbon electron beam to be produced. However, the low current density and low total beam current (on the order of) does not allow it to be used to visualize short-term gas flows.

Наиболее близкой к предложенной вл етс электронна газоразр дна пушка, содержаща катод, анод с отверстием или тделью и высоковольтный источник питани 2. Эта пушка такж обладает отмеченным выше недостаткомClosest to the proposed is an electron gas discharge gun containing a cathode, an anode with a hole or tip, and a high-voltage power source 2. This gun also has the above noted disadvantage

Целью изобретени вл етс повышение плотности и величины тока в пучке.The aim of the invention is to increase the density and magnitude of the current in the beam.

Цель достигаетс тем, что в предлагаемой пушке анод установлен на рассто нии О,6-1,О трлщины прикатодного сло потенциала на рассчетномThe goal is achieved by the fact that in the proposed gun, the anode is set at a distance O, 6-1, O of the near-cathode potential layer at the calculated

.режиме, а поперечные размеры отверс ,ти или щели в анода составл ют 0,7-1,25 рассто ни между катодом или анодом.The mode and the transverse dimensions of the opening, type, or slot in the anode are 0.7-1.25 the distance between the cathode or the anode.

-На чертеже показана койструктивна схема предлагаёйЬй пушки.-The drawing shows a co-ective scheme of the proposed gun.

Йушка содержит катод 1, анод 2, .выполненный в виде диафрагмы с пр моугольным пазом (плоскость диафрагмыYushka contains cathode 1, anode 2,. Made in the form of a diaphragm with a rectangular groove (the plane of the diaphragm

параллельна плрскости катода), изол цию 3, токоподвод щий кабель 4. Электронный пучок условно показан лини ми 5. Рассто ние d между катодом и плоскостью диафрагмы равноparallel to the cathode of the cathode), insulation 3, the lead-in cable 4. The electron beam is conventionally shown by lines 5. The distance d between the cathode and the aperture plane is equal to

0,6-1 толщины прикатодного сло d а ширина h паза составл ет .(0,7- . l,25)d. Электронна , пушка помешена в откачиваемый объем с давлением газа в диапазоне 5-50 Па.0.6-1 of the thickness of the cathode layer d and the width h of the groove is (0.7-. L, 25) d. Electronic, the gun is placed in the pumped volume with a gas pressure in the range of 5-50 Pa.

Газоразр дна электронна пушка работает следующим образом.The gas discharge of the electron gun works as follows.

На катод 1 подаетс отрицательный пр моугольный импульс напр жением кВ и длительностьюA negative rectangular pulse is applied to the cathode 1 by a voltage of kV and a duration of

1-100 МКС от генератора импульсов с малым выходным сопротивлением. При давлении газа в диапазоне 5-50Па между анодом 2 и катодом 1 реализуетс высоковольтный импульсный тлеющий1-100 ISS from a pulse generator with low output impedance. When the gas pressure in the range of 5-50Pa between the anode 2 and cathode 1, a high-voltage pulsed glowing is realized

разр д, генерирующий мощный пучокbit generating powerful beam

5 высокоэнергетических электронов. Ток пучка при этом достигает значений 1-10 Л. Энерги электродов в пучке соответствует приложенному напр жению 8-25 кэВ.5 high-energy electrons. The beam current in this case reaches 1-10 L. The energy of the electrodes in the beam corresponds to an applied voltage of 8-25 keV.

В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что режим получени плоского пучка (режим сжати ) требует выполнени услови . Дл примен емых диапазонов дав.лений 5-50 Па и напр жений 8-25 кВ нижн граница d из услови .получени достаточно интенсивных пучков установлена d.0,6 dg. Можно сформулировать модель влени сжати пучка следующим образом. При граница плазмы разр да, обладающа потенцалом , близким к анодному, в районе паза отодвигаетс от плоскости анода Электрическое поле в межэлектродном промежутке становитс неоднородным. Неоднородность соответствует электростатической линзе и приводит к фокусировке ионного пучка, движущегос к катоду из области плазмы, и к сужению эмиссионного п тна на катоде. Явление сжати пучка по характеру процессов отлично от известного влени газовой фокусировки электронных пу чков .As a result of the experimental studies, it was established that the regime for producing a flat beam (compression mode) requires that the condition be fulfilled. For the applied pressure ranges of 5–50 Pa and voltages of 8–25 kV, the lower limit d from the condition of obtaining sufficiently intense beams is set to d.0.6 dg. We can formulate a model of the beam compression phenomenon as follows. With the discharge plasma boundary, having a potential close to the anode one, in the region of the groove it moves away from the anode plane. The electric field in the interelectrode gap becomes non-uniform. The non-uniformity corresponds to an electrostatic lens and leads to the focusing of an ion beam moving to the cathode from the plasma region, and to a narrowing of the emission spot on the cathode. The phenomenon of beam compression in terms of the nature of the processes is different from the known phenomenon of gas focusing of electron beams.

При , 25 неоднородность пол становитс незначительной и режим сжати переходит в режим заполн ющего пучка. При ,7 интенсивность выход щего электронного пучка ослабевает вплоть до нул из-за прекращени ионной бомбардировки катода в зоне диафрагмы. Поэтому дл .создани интенсивных плоских электронных пучков следует ограничить ширину паза соотношением 0,,25At, 25, the non-uniformity of the field becomes insignificant and the compression mode switches to the filling beam mode. At, 7, the intensity of the outgoing electron beam weakens down to zero due to the termination of the ion bombardment of the cathode in the area of the diaphragm. Therefore, in order to create intense flat electron beams, the width of the groove should be limited to 0, 25

На опытных образцах электронной газоразр дной пушки при размерах паза мм и рассто нии мм полу.чен плоский пучок в виде ленты ишриной 150 мм и толщиной 1-5 Miyi (по фотографи м флуоресцентного свечени на мишени). С помощью коллекторов Фараде с пр моугольной щелью исследовано распределение плотности токаOn prototypes of an electron gas discharge gun with a groove size of mm and a distance of mm, a flat beam in the form of a ribbon and a width of 150 mm and a thickness of 1-5 Miyi is obtained (according to a photograph of a fluorescent glow on the target). With the help of Farade collectors with a rectangular slot, the current density distribution is investigated

по ширине и толщине ленты пучка. Получено , что фактически эффективна толщина пучка мм. Исследовани по другим координатам плоского электронного Пучка показали, что пучок практически однороден по ширине ленты пучка. Однородность пучка, мала толщина и больша ширина ленты пучка в сочетании с высокой мощностью (пор дка 10 кВт) позвбл ют, например, произвести визуализацию сложных течений в импульсных и ударных аэродинамических трубах, а также в услови х нестационарных быстропротекающих процессов с хорошим временным разрешением. В приведенных экспериментах с опытным образцом газоразр дной пушки зарегистрировано достаточно интенсивное излучение воздуха, возбужд-аемого плоским электронным пучком, позвол ющее произвести визуализацию и количественные измерени плотности за врем пор дка .across the width and thickness of the tape beam. It was found that the effective thickness of the beam is mm. Studies on other coordinates of the plane electron beam showed that the beam is almost uniform across the width of the beam ribbon. Beam uniformity, small thickness and large beam band width in combination with high power (on the order of 10 kW) allow, for example, to visualize complex flows in pulsed and impact wind tunnels, as well as in unsteady fast processes with good time resolution. In the above experiments with a prototype of a gas discharge gun, a sufficiently intense radiation of air excited by a flat electron beam was recorded, which allows visualization and quantitative measurements of density in the order of time.

Таким образом, по сравнению с прототипом устройство обеспечивает существенно больший ток электронного пучка. .Thus, in comparison with the prototype, the device provides a substantially higher electron beam current. .

Claims

1. Journal of Technical Physics, t. 44, 1974, no. 8, s. 1669.

2. USSR author's certificate number 177553, cl. H 01 T 37/06, 1963

(prototype).

s