SU995151A1 - Электронно-лучева лампа - Google Patents

Description

(54) ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ЛАМПА

1

Изобретение относитс  к электротехнике, в частности к электронно-лучевым приборам, предназначенным дл  использовани  в качестве коммутаторов в цеп х посто нного тока и дл  модул ции высокочастотных сигналов.

Известны электронно-лучевые приборы, содержащие катод, управл ющий и ускор ющий электроды и коллектор в виде полого объема с отверстием, служащий дл  глубокого торможени  электронного потока, сформированного в виде луча.

В процессе работы прибора на ускор ющий электрод подаетс  высокий положительный потенциал, определ емый необходимым первеансом 1.

Недостатком прибора  вл етс  эффект возникновени  провисани  потенциала в области входного отверсти  ускор юцхего электрода, обусловленный вли нием пространственного зар да пучка. Это приводит к ограничению первеанса и мощности прибора. Кроме того, аналогичный эффект возникает в области торгйожени  пучка между ускор ющим электродом и коллектором , что снижает КПД устройства.

Известна также электронно-лучева  лампа, содержаща  вогнутый сферический катод, окруженный фокусирующим электродом , чдоль оси симметрии которых расположены ускор ющий электрод с цилинд5 рическим пролетным отверстием и полый коллектор с корректирующим электродом.

Дл -увеличени  первеанса в зоне ускорени  и торможени  пучка лампа снабжена дополнительным прикатодным и прикол ,Q лекторным электродами, а массивный ускор ющий электрод выполнен с отнощением диаметра отверсти  к длине прохода дл  луча меньщим единицы 2.

Недостатком прибора  вл етс  эффект провисани  пол  в отверстии ускор ющего 15 электрода, что ограничивает ток прибора и развиваемую им мощность в единичном луче. Структура тормоз щего пол  на участке между ускор ющим электродом и коллектором также ограничивает первеанс и КПД лампы.

20

Цель изобретени  - повышение мощности электронно-лучевой лампы.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что электронно-лучева  лампа, содержаща  вогнутый сферический катод, окруженный

фокусирующим электродом, вдоль оси симметрии которых расположены ускор ющий электрод с цилиндрическим пролетным отверстием и полый коллектор, снабжена кольцевым катодом, соосно встроенным в ускор ющий электрод, который выполнен полым с натекателем газа, и охватывающий катод экранным электродом с кольцевой щелью, расположенной в плоскости кольцевого катода посредине длины цилиндрического пролетного отверсти  ускор ющего электрода, где выполнен кольцевой вырез , а также устройством дл  улавливани  ионов.

В лампу может быть введена магнитна  линза в виде катущки, встроенной соосно в полый ускор ющий электрод и расположенной симметрично по обе стороны от кольцевого выреза.

Кроме того, лампа может быть снабжена ионной ловущкой, встроенной в сферический катод, а на внутреннюю поверхность полого коллектора нанесено геттерное покрытие ..

На чертеже приведена конструктивна  схема прибора.

Устройство содержит катодный узел с катодом 1, ускор ющий полый электрод 2 и коллектор 3 в форме ци.линдра Фараде , снабженный корректирующим цилиндрическим электродом 4. Катод выполнен с вогнутой эмиссионной поверхностью 5, снабжен ионной ловущкой 6 и прикатодным фокусирующим электродом 7. Электронный пучок 8 проходит последовательно область 9 ускорени , эквипотенциальную зону 10 и область 11 торможени . В ускор ющий полый электрод посредине его длины встроены дополнительный кольцевой накаливаемый катод 12, экранирующий электрод 13 и катушка 14 магнитной линзы. На внутренней цилиндрической поверхности ускор ю цего электрода расположена кольцева  щель 15, а на внещней поверхности имеетс  патрубок 16 дл  подачи газа. На торцовых поверхност х ускор ющего электрода формируетс  плазменна  граница 17 и 18, образующа  систему из двух плазменных линз, ограничивающих области ускорени  и торможени  электронного пучка. Плазма дугового разр да заполн ет объем 19.

Устройство работает следующим образом .

При подаче ускор ющего напр жени  на катод 1 и электрод 2 лампы в области 9 ускорени  формируетс  электронный поток с высокой компрессией (например оптикой Пирса). В полый ускор ющий электрод 2 через патрубок 16 подаетс  рабочий газ (например аргон), расходуемый на формирование выпуклой плазменной границы 17 и 18 на торцах полого ускор ющего электрода 2. Между дополнительным кольцевым катодом 12, экранирующим электродом 13

и внутренней поверхностью электрода 2 горит дуговой разр д, контрагируемый механическим сужением, при этом плазма разр да через кольцевую щель в электроде 2 поступает в эквипотенциальную зону 10.

При наложении продольного магнитного пол  катущкой 14 электроны плазмы осциллируют вдоль линий пол  между плазменными границами 17 и 18, а ионы могут ускор тьс  как в сторону катода, снабженного ионной ловущкой 6, так и коллектора 3, внутренн   поверхность которого покрыта геттерирующим материалом.

Наличие плазменной сферической границы 17 и 18 на торцах ускор ющего электрода 2 обеспечивает оптимальную конфигурацию эквипотенциальных поверхностей как в области 9 ускорени , так и в области 11 торможени . При этом структура эквипотенциальных поверхностей в области торможени   вл етс  зеркальным отображением эквипотенциальных поверхностей в области ускорени , что обеспечивает максимальный первеанс и КПД прибора. За счет значительной компрессии пучка в области 9 ускорени  площадь входного отверсти  в ускор ющем

электроде может бь1ть выбрана значительно меньще площади эмиттирующей поверхности 5 катода, что позвол ет оптимизировать расход газа в полости ускор ющего электрода 2 и ограничивать интенсивность ионного тока на участке катод 1 - плазменна  линза 17 и плазменна  линза 18 - коллектор 3. При работе прибора в цепи посто нного тока потенциал коллектора 3 близок к потенциалу катода 1. При этом энерги  источника ускор ющего напр жени , подключенного между электродами I и 2 расходуетс  на ускорейие электронного потока в области 9. Энерги  другого источника , подключенного к электродам 12, 13 и 2 расходуетс  на нагрев кольцевого накаливаемого катода 12 и на возбуждение и поддержание дугового разр да в объеме 19, ограниченной экранирующим электродом 13 и расположенной ортогонально оси пучка 8. Рабочий газ, подаваемый в полость электрода 2, расходуетс  на формирование необходимой концентрации ионов на границах плазменных лИнз 17 и 18. Поскольку потенциалы катода 1 и коллектора 3 при работе прибора примерно равны (за вычетом падени  напр жени  в приборе), то от плазменных границ 17 и 18

в сторону катода 1 и коллектора 3 происходит непрерывное ускорение ионов, причем величина ионного тока существенно ниже (на два пор дка) величины рабочего тока, носителем которого  вл етс  сформированный в приборе электронный пучок. В итоге

баланс газового потока в лампе определ етс  эффективностью торможени  и нейтрализации ионов в ловущке 6 и коллекторе 3.

Формирование плазменных линз 17 и 18 в лампе происходит в результате механического контрагировани  плазмы дугового разр да и последующего равномерного расширени  плазменного сгустка. Механическое контрагирование (сжатие) разр да достигаетс  благодар  сужению на выходе экранного электрода 13 с транссаксиальным типом симметрии и поступлению плазмы в узкую кольцевую щель 15 в электроде 2, где происходит дополнительное увеличение концентрации зар женных частиц. Ортогональное расположение плоскости кольцевого катода 12 и оси пучка, совпадающей с осью цилиндрической полости электрода 2, обеспечивает гашение продольных скрростей ионов, стабильность и симметрию плазменных границ 17 и 18. Энергозатраты на создание плазменных линз в приборе составл ют доли процента от полной мощности. Лампа сохран ет необходимые вакуумные свойства в области ускорени  и торможени  электронного пучка благодар  механизму самооткачки, когда поступающий в прибор газ сначала ионизируетс  в разр де, а затем осущест вл етс  формирование, ускорение и нейтрализаци  потоков ионов, движущихс  в сторону катода 5 и коллектора 3.

Модификаци  лампы с встроенной магнитной линзой 14 обеспечивает повышение стабильности плазменных границ 17 и 18 и, следовательно, КПД прибора, за счет лучшего удержани  плазменных электронов в области 10 и обеспечени  нейтральности плазмы. Дл  создани  необходимой конфигурации и локализации магнитного пол  экранирующий электрод 13 и торцовые части электрода 2 выполнены из магнитного материала, либо примен ютс  встроенные магнитные экраны.

Положительный эффект от применени  предлагаемого устройства обусловлен повышением первеанса электронно-лучевого прибора за счет создани  искусственных плазменных поверхностей, устран ющих дефект отверсти  в ускор ющем электроде и обеспечивающих ламинарность электронного потока в области ускорени  и торможени . Это позвол ет повысить КПД прибора за счет уменьшени  пр мого падени  напр жени  при работе в вентильном режиме и увеличить единичную мощность.

Использование предлагаемой электронно-лучевой лампы в качестве высоковольтного быстродействующего коммутатора, либо в качестве модулирующего прибора позвол ет улучшить технико-экономические показатели систем питани  электроннолучевых технологических установок и электрофизических стендов.

Claims (3)

1. Электронно-лучева  лампа, содержаща  вогнутый сферический катод, окруженный фокусирующим электродом, вдоль оси симметрии которых расположены ускор ющий электрод с цилиндрическим пролетным отверстием и полый коллектор, отличающа с  тем, что, с целью повышени 

мощности, лампа снабжена кольцевым катодо .м, соосно встроенным в ускор ющий электрод, который выполнен полым с натекателем газа, и охватывающим катод экранным электродом- с кольцевой щелью, расположенной в плоскости кольцевого катода посредине длины цилиндрического пролетного отверсти  ускор ющего электрода , где выполнен кольцевой вырез, а также устройством дл  улавливани  ионов .

2. Лампа по п. I, отличающа с  тем.

что в нее введена магнитна  линза в виде

катущки, встроенной соосно в поль.1Й ускор ющий электрод и расположенной симметрично по обе стороны от кольцевого выреза . ., .

3. Лампа по пп. 1 и 2, отличающа с  тем, что устройство дл  улавливани  ионов выполнено в виде ионной ловушки, встроенной в сферический катод, и геттерного покрыти , нанесенного на внутреннюю поверхность полого коллектора, 0 Источники информации,

прин тые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 367482, кл. Н 01 J 21/00, 1973.

2.Патент США № 3453482, кл. 315-5, 1969 (прототип).