Claims (3)
Наиболее близким к предлагаемому вл етс источник электронов, в котором электронный пучок формируетс из плазмы , образованной на цилиндрическом катоде в процессе взрьшной эмиссии электронов The closest to the present invention is a source of electrons, in which an electron beam is formed from a plasma formed on a cylindrical cathode in the process of explosive electron emission.
2. Конструктивно источник выполнен следующим образом. Разр дный вакуумный промежуток образован сплошным цилиндрическим катодом радиусом Г| - 3 - 5,2 см, длиной 3 см и трубой дрейфа, вл ющейс и анодом, радиусом Гд- 5,6 см. Катод закрепл ют на катоцодержателе , представл ющем усеченный конус с первоначальным радиусом, равным радиусу катода, переход щем в закрепленный на изол торе цилиндр, радиус которого больше радиуса катода. Магнитное поле В - 6 - 30 кГс в источнике создают импульсным соленоидом с катушкой коррекции, установленными соосно с трубой дрейфа. Все силовые линии магнитного пол , проход щие между катодом и анодом, с одной стороны вход т в графитовый коллектор пучка, установленный в конце трубы дрейфа, а с другой стороны пересекаютс с образующими конической поверхностью катодоаержател и выход т на боковую стенку вакуумной каме- ры. Последнее сделано дл того, чтобы исключить потери за счет обратного тока . В случае невыполнени этого услови формируетс электронный поток, ускоренный в направлении, обратном пучку (обратный ток), и перенос щий ток, сравнимый с током пуска, что резко снижает КПД источника. Кроме того напр женность электрического пол на катододержателе в области пересечени с силовыми лини ми магнитного пол меньше критического пол возбуждени взрывной эмиссии электронов. В противном случае на катоподержателе образуетс плазма, эмиттирующа электроны, которые ускор ютс по силовым лини м магнитного пол , попадают на анод, образу на ней плазму, котора приводит к преждевременному пробою разр дного промежутка. Так как в реальных источниках указанна область на катододержателе находитс на значительном рассто нии от катода, то дл вывода в эту область силовых линий магнитного пол в дополнение к соленойду и используетс катушка коррекции. Дл того, чтобы катододержатель был прони- цаем дл магнитного пол , он выполн етс полым из немагнитного материала с толщиной стенки, много меньшей толщины окон-сло . Вакуумна камера с изол тором соедин етс с трубой дрейфа коническим переходом. Все металлические части источника выполнены из немагнитдрй нержавеющей стали. Вакуум, ( 10 мм. рт. ст.) в источнике создаетс двум паромасл ными насосами через спе циальные отверсти в боковой стенке вакуумной камеры. Проведенные исследовани показали, что длительность импульсов тока пучка определ етс временем распространени катодной плазмы до анода . Измерени скорости катодной плазмы на катоде радиусом - 3,0 см и величины отношени в/i-ii при рассто нии катод-анод А - 4 + 11 мм (-Ьк. врем высоковольтной стадии вакуумного разр да, в течение которого формируетс электронный пучок) в магнитном поле дают величину (4-7) 10 см/с котора возрастает с уменьшением рассто ни катод-анод. Однако известные источники электронов имеют ограниченную длительность импульса тока пучка. Цель изобретени - увеличение длитель ности импульса тока пучка. Это достигаетс тем, что в источнике электронов, содержащем установленные соосно катододержатель, трубу дрейфа, вл ющуюс и анодом, соленоид с катушкой коррекции и систему импульсного электрического питани , катод выполнен многоэмиттерным. Применение многоэмиттерного катода в предлагаемом источнике позвол ет увеличить длительность импульса тока пучка в 2-3 раза по сравнению с источни- ком электронов, содержаш;им сплошной катод. Увеличение длительности импульса тока пучка обусловлено тем, что в многоэмигтерном катоде плазма, образующа с на отдельных эмиссионных центpax (эмиттерах), свободно дрейфует перпендикул рно скрещенным электрическому и магнитному пол м, что приводит к значительному уменьшению скорости распространени катодной плазмы в направлении к аноду. Максимальна длительность импульса тока пуска в источнике с многоэмиттерным . катодом достигаетс в том случае, если за врем распространени плазмы каждого эмиттера до анода она не достигает плазмы соседних эмиттеров. Дл получени разнесенных по катоду эмиттерных центров необходимо создать локальные области с повышенной напр - . женностью электрического пол , достаточ- ной дл возбуждени взрывной эмиссии электронов. Увеличить локально напр женность электрического пол можно с помощью внедрени диэлектрика в металл, использовани острий и так далее. Исследование формировани электронного пучка провод т в источнике с катодом , вьшолненным в виде металлической пластины с остри ми, закрепленными основани ми равномерно по периметру пластины , оси острий лежат в плоскости пластины , вершины острий удалены на равные рассто ни от анода. Изме ни величины c3/t| многоострийного катода при рассто нии между вершинами соседних острий сА : 3 мм показывают, что начина с (il см величина d/-tц дл многоострийного катода меньше, чем дл сплошного катода. Последующее увеличение приводит к дальнейшему уменьшению cS/tjc по сравнению со сплошным катодом и при Si 10 д величина dl/tvc дл многоострийного катода достигает минимальной величины, равной дл одиночного остри , котора в 2-3 . раза меньше чем дл сплошного катода. С целью получени однородного трубчагого электронного пучка, катод выполнен из набора, насаженных на общую ось. круглых пластин одного диаметра с равным количеством закрепленных на них осгрий, причем пластины удалены одна от другой на разные рассто ни и кажда последующа пластина повернута относительно предыдущей таким образом, чтобы проекции вершин острий на плоскость , параллельную плоскости любой из пластин, не совпадали одна с другой и были равномерно распределены по окружности . Максимальное число пластин в катоде определ ют отношением рассто ни между вершинами острий к диаметру остри - - . Максимальное рассто ние между пластинами определ ют из услови , чтобы плазма острий двух сосед них пластин не соедин лась в течение времени -Ьк : Ь„о, VH- скорость катодной плазмы вдоль магнитного пол . Минимальное рас сто ние равно диаметру острий (толщина пластины много меньше диаметра остри ) Использу многоострийные катоды мож но получать электронные пучки различной конфигурации, например, ленточной. Дл получени ленточного пучка остри устанавливают на пр моугольных пластинах, смещенных одна относительно другой по длине и высоте дл получени однородного пучка требуемых поперечных размеров При этом используетс соответствующей формы анод и канал дрейфа. На фиг. 1 приведена обща схема пре лагаемого источника электронов; на фиг. 2 - расположение осгрий на металлической пластине. На ПРОХ.ОДНОМ изол торе 1 укреплен ,катододержатель 2, к которому закрепл етс многоострийный катод 3. Катод выполнен в виде набора разнесенных вдоль оси источника круглых металлических пластин 4 одного диаметра с закрепленными на них остри ми 5. Труба 6 дрейфа вл етс к анодом. Ускоренный электронный пучок попадает на коллектор 7. Магнитное поле в источнике создаетс импульсным соленоидом с катушкой 8 коррекции, установленными соосно с трубой дрейфа, вакуум - парамасл ными насосами через специальные отверсти 9 в боковой стенке цилиндрической вакуумной камеры 10. Вакуумна камера соедин етс с трубой дрейфа коническим переходом 11. Силовые линии 12 магнитного пол , проход щие между катодом и анодом , пересекгаютс с образующими поверх ност ми катоцодержател в области 13, где напр женность электрического пол меньше критического пол возбуждени взрывной эмиссии, и выход т на боковую стенку вакуумной камеры. Устройство работает следующим образом . Система управлени выдает сигнал на запуск источника питани соленоида с катушкой 8 коррекции и при достижении максимума магнитного пол - на запуск генераторов импульса напр жени , соединенного непосредственно или через обостр ющий разр дник с катодо- держателем 2, на конце которого укреплен катод 2. Structurally, the source is made as follows. The discharge vacuum gap is formed by a solid cylindrical cathode of radius T | - 3 - 5.2 cm, 3 cm long and the drift tube, which is also the anode, with a radius of Gd of 5.6 cm. The cathode is fixed on the cathode holder, which is a truncated cone with an initial radius equal to the cathode radius, which passes into the fixed on the cylinder isolator whose radius is larger than the cathode radius. The magnetic field B - 6 - 30 kgf in the source is created by a pulsed solenoid with a correction coil installed coaxially with the drift tube. All magnetic field lines passing between the cathode and the anode, on the one hand, enter the graphite beam collector installed at the end of the drift tube, and on the other hand intersect with the forming conical surface of the cathode holder and exit to the side wall of the vacuum chamber. The latter is done in order to eliminate losses due to reverse current. In the event that this condition is not fulfilled, an electron beam is generated that is accelerated in the opposite direction of the beam (reverse current) and carries a current comparable to the starting current, which drastically reduces the efficiency of the source. In addition, the electric field strength at the cathode holder in the region of intersection with the magnetic field lines is less than the critical field of excitation of the explosive emission of electrons. Otherwise, a plasma is formed on the cat holder, which emits electrons, which are accelerated along the magnetic field lines, hit the anode, forming a plasma on it, which leads to premature breakdown of the discharge gap. Since in real sources the indicated area on the cathode holder is located at a considerable distance from the cathode, then a correction coil is used to bring the magnetic field lines into this area in addition to the salinity. In order for the cathode holder to penetrate the magnetic field, it is made hollow from a non-magnetic material with a wall thickness much smaller than the thickness of the window-layer. A vacuum chamber with an insulator is connected to the drift tube by a conic junction. All metal parts of the source are made of non-magnetic stainless steel. A vacuum (10 mm. Mercury) in the source is created by two steam oil pumps through special openings in the side wall of the vacuum chamber. Studies have shown that the duration of the current beam pulses is determined by the time of propagation of the cathode plasma to the anode. Measurements of the cathode plasma velocity on a cathode with a radius of 3.0 cm and a ratio of / i-ii at a cathode-anode distance A of 4 + 11 mm (-Bk. Time of the high-voltage vacuum discharge stage during which an electron beam is formed) in a magnetic field, a value of (4-7) 10 cm / s is given which increases with decreasing cathode-anode distance. However, the known sources of electrons have a limited pulse current duration of the beam. The purpose of the invention is to increase the duration of the beam current pulse. This is achieved by the fact that in the source of electrons containing the cathode holder installed coaxially, the drift tube, which is also the anode, the solenoid with the correction coil and the pulsed electric power supply system, the cathode is made multi-emitter. The use of a multi-emitter cathode in the proposed source makes it possible to increase the pulse current of the beam by a factor of 2-3 compared with the source of electrons containing a continuous cathode. The increase in the current pulse duration of the beam is due to the fact that in a multi-emigration cathode the plasma formed on separate emission centers (emitters) freely drifts perpendicular to the crossed electric and magnetic fields, which leads to a significant decrease in the rate of propagation of the cathode plasma towards the anode. The maximum duration of the current pulse start at the source with a multi-emitter. A cathode is achieved if during the propagation time of the plasma of each emitter before the anode it does not reach the plasma of the neighboring emitters. In order to obtain emitter centers spaced apart across the cathode, it is necessary to create local regions with an increased eg. electric field sufficient to excite explosive electron emission. Locally increasing the intensity of the electric field can be achieved by introducing a dielectric into the metal, using spikes and so on. The study of electron beam formation is carried out in a source with a cathode made in the form of a metal plate with points fixed by bases evenly around the perimeter of the plate, the axes of the tips lie in the plane of the plate, the tops of the tips are spaced at equal distances from the anode. Change of c3 / t | a multi-pointed cathode with a distance between the vertices of the neighboring tips cA: 3 mm shows that it starts with (il cm, the d / -t value for a multi-pointed cathode is smaller than for a solid cathode. A subsequent increase leads to a further decrease in cS / tjc compared to a solid cathode and at Si 10 d, the value of dl / tvc for a multi-pointed cathode reaches a minimum value equal to a single tip, which is 2-3 times smaller than for a continuous cathode. In order to obtain a uniform tube electron beam, the cathode is made of a set round plates of the same diameter with an equal number of ogres fixed on them, the plates being separated from each other at different distances and each subsequent plate being rotated relative to the previous one so that the projections of the tips of the points on the plane parallel to the plane of any of the plates did not coincide with each other and were evenly distributed around the circumference.The maximum number of plates in the cathode is determined by the ratio of the distance between the tips of the tips and the diameter of the tips - -. The maximum distance between the plates is determined from the condition that the plasma of the edges of the two adjacent plates does not connect for a time-lk: B, O, VH is the velocity of the cathode plasma along the magnetic field. The minimum distance is equal to the diameter of the edges (the plate thickness is much smaller than the diameter of the edge). Using multi-pointed cathodes, electron beams of various configurations, for example, a ribbon one, can be obtained. To obtain a ribbon beam, the spikes are mounted on rectangular plates offset one from another in length and height to obtain a uniform beam of desired transverse dimensions. An anode and a drift channel are used with a suitable shape. FIG. 1 shows the general scheme of the proposed electron source; in fig. 2 - location ogriy on a metal plate. On the PROD.Od insulator 1, the cathode holder 2 is fixed, to which a multi-pointed cathode 3 is attached. The cathode is made in the form of a set of circular metal plates 4 of the same diameter spaced along the source axis with the points 5 fixed on them. The drift tube 6 is towards the anode . The accelerated electron beam hits the collector 7. The magnetic field at the source is created by a pulsed solenoid with a correction coil 8 installed coaxially with the drift tube, vacuum-para-mechanical pumps through special holes 9 in the side wall of the cylindrical vacuum chamber 10. The vacuum chamber is connected to the drift tube a conic junction 11. Magnetic field lines 12 passing between the cathode and the anode intersect with the forming surfaces of the cathode holder in region 13, where the electric field strength is Less than the critical field of excitation of explosive emission, and go to the side wall of the vacuum chamber. The device works as follows. The control system generates a signal to start the power source of the solenoid with the correction coil 8 and, when the magnetic field reaches a maximum, to start a voltage pulse generator connected directly or via an peaking discharge to the cathode holder 2, at the end of which the cathode is fixed
3. В вакуумном разр дном промежутке на вершинах острий 5 образуетс плазма, котора и эмитткруег электронный пучок во врем высоковольтной стадии вакуумного разр да. : Использу катод, выполненный из трех медных пластин диаметром 6 см с закрепленными на каждой из них равномерно 12-тью медными остри ми, с рассто ни ми между пластинами в 2 см и сме .щенными одно относительно другого по ;азимуту на угол 20°, в магнитном поле 18 кГс при рассто нии между вершинами острий и анодом d - 3,5 мм ,{)д- 5,6 см) получают трубчатый элект:ронный пучок длительностью 1 мкс. Автограф пучка, полученный на органической пленке, показывает , что все остри дают вклад в общий ток пучка, при этом на автографе можно различить отпечатки пучков, соответствующих каждому осгрию. Дп повышени однородности трубчатого пучка необходимо использовать большое число пластин с остри ми. Формула изобретени 1. Источник электронов, содержащий установленные соосно катододержатель, катод, работающий в режиме взрывной эмиссии, вакуумную трубу дрейфа, вл ющуюс и анодом, соленоид с катушкой коррекции дл получени магнитного пол , все силовые линии которого, проход щие между катодом и анодом, пересекаютс с образующими поверхност ми катододержател в области, где напр женность электрического пол меньше критического пол возбуждени взрывной эмиссии электронов, и систему импульсного электрического питани , отличающийс тем, что, с целью увеличени длительности импульса тока пучка, катод выполнен многоэмиттерным, например, в виде металлической пласги-3. A plasma is formed in the vacuum gap at the tops of the edges 5, which also emit an electron beam during the high-voltage stage of the vacuum discharge. : Using a cathode made of three copper plates 6 cm in diameter with 12 copper tips fixed uniformly on each of them, with distances between the plates of 2 cm and displaced one relative to the other in azimuth by an angle of 20 °, in a magnetic field of 18 kGs, at a distance between the vertices of the tips and the anode d — 3.5 mm, {) d — 5.6 cm), a tubular elec- tron beam with a duration of 1 μs is obtained. The autograph of the beam obtained on an organic film shows that all the tips contribute to the total current of the beam, with the autograph showing the imprints of the beams corresponding to each ogre. In order to increase the uniformity of the tubular bundle, it is necessary to use a large number of plates with spikes. Claim 1. Electron source containing coaxially mounted cathode holder, cathode operating in explosive emission mode, drift vacuum tube and anode, solenoid with a correction coil for obtaining a magnetic field, all the lines of force passing between the cathode and the anode, intersect with the forming surfaces of the cathode holder in an area where the electric field is less than the critical field of excitation of explosive electron emission, and a pulsed electric power system that differs The fact that, in order to increase the duration of the current pulse of the beam, the cathode is made multi-emitter, for example, in the form of a metallic plasma