Порожнинний холодний катод магнетронного типу

Реферат: Порожнинний холодний катод магнетронного типу належить до електроніки і може бути використаний у газорозрядних приладах з тліючим розрядом, при виникненні потреби його запалення при більш низьких тисках. Порожнинний холодний катод виконаний у вигляді алюмінієвої циліндричної трубки з коаксіально встановленим всередині центральним електродом, що зв'язаний з анодом розрядного проміжку через опір, який більший за баластний опір розряду, та які розташовані у поздовжньому однорідному магнітному полі. Введено додатковий циліндричний електрод більшого діаметра, ніж алюмінієва циліндрична трубка, який розташований зовні алюмінієвої циліндричної трубки коаксіально до неї, і електрично зв'язаний з анодом через опір, який більший за баластний опір розряду. Технічним результатом є використання також і зовнішньої поверхні циліндра-катода в приладах тліючого розряду при низьких тисках, що дає можливість, наприклад, реалізувати метод одержання тонких плівок і покриттів шляхом термічного випаровування у плазмі розряду, з метою суттєвого покращення їх адгезії та електрофізичних властивостей. UA 100822 C2 (12) UA 100822 C2 UA 100822 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Прилад належить до області газорозрядної електроніки і може бути використаний в приладах тліючого розряду з порожнинними катодами. Серед аналогів винаходу відомі порожнинні катоди, що застосовуються в приладах з тліючим розрядом [1]. Вони являють собою металеві порожнинні тіла різних конфігурацій. Одним з недоліків таких катодів є порівняно мала площа їх поверхні, що задіяна у підтриманні розряду, зокрема внаслідок нерівномірності розподілу струму вздовж неї, що призводить до локального руйнування захисного покриття на ділянках з підвищеною густиною струму і зменшення строку їх служби а також до нестабільного горіння розряду при понижених тисках. Прототипом винаходу є порожнинний холодний катод, що містить алюмінієву циліндричну трубку, всередині якої встановлено центральний електрод, який електрично зв'язаний з анодом розрядного проміжку через опір, що більший за баластний опір розряду, а вся система розташована у поздовжньому однорідному магнітному полі [2]. Недоліком відомого пристрою є те, що джерелом вторинних електронів (-емісія) є лише внутрішня поверхня циліндра-катода. Оскільки робочий діапазон катода, тобто межі стабільного горіння розряду (як за струмами, так і за тисками) суттєво розширюються при збільшенні площі катода, задіяної у підтриманні розряду, бажаним є використання обох його поверхонь: і внутрішньої, і зовнішньої. Це дало б змогу збільшити площу катода, яка є джерелом вторинних електронів і задіяна у підтриманні розряду, вдвічі і, тим самим, суттєво підвищити ефективність відомого пристрою. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення відомого холодного катода, в якому, шляхом уведення додаткових конструктивних елементів, забезпечувалося б використання і зовнішньої поверхні циліндра-катода, що, в свою чергу, підвищило б ефективність пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому порожнинному катоді, що містить алюмінієву циліндричну трубку і центральний електрод, з'єднаний з анодом через опір, набагато більший за баластний опір розряду (з метою підтримання напруженості електричного поля в порожнині катода, достатньої для існування умов циклоїдального руху -електронів в момент запалення розряду), розміщені у поздовжньому магнітному полі, згідно з винаходом, що заявляється, уведено додатковий циліндричний електрод, більшого діаметра, ніж алюмінієва циліндрична трубка, який розташовано коаксіально і електрично зв'язано з анодом через опір, набагато більший за баластний опір розряду. Це дає змогу також використовувати і зовнішню поверхню алюмінієвої циліндричної трубки як джерело вторинної іонно-електронної емісії, а наявність схрещених електричного і магнітного полів забезпечує циклоїдальний рух електронів в проміжку катод-додатковий циліндричний електрод, як це має місце у магнетронних НВЧ-приладах [3]. Суть запропонованого винаходу пояснюється кресленням, на якому зображено будову магнетронного порожнинного катода та схематичну траєкторію руху -електронів у внутрішній та зовнішній порожнинах катода (кресл.). Пристрій містить циліндричну трубку 1 (катод розрядного проміжку), циліндричні електроди 2 та 3, що розташовані коаксіально до катода, які виконують функцію додаткових анодів, та джерело однорідного магнітного поля 4. Для суттєвого зменшення коефіцієнта катодного розпилення катод 1 виготовлений з алюмінію, і на його внутрішній та зовнішній поверхнях створено захисну плівку шляхом окислення в плазмі газового розряду, згідно з методикою, яка використовується при виготовленні холодних алюмінієвих катодів для гелій-неонових лазерів [4]. Пристрій працює таким чином: при з'єднанні електродів 2 і 3 з анодом розрядного проміжку через опір, набагато більший за баластний опір розряду, і досягненні величини напруженості магнітного поля, що перевищує її критичне значення, як для інверсного магнетрона (порожнина між циліндрами 1, 2) так і для звичайного циліндричного магнетрона (порожнина між 1, 3), в обох порожнинах створяться умови для руху -електронів у схрещеному електричному Е та магнітному Н полях, як це має місце у звичайному та інверсному циліндричних магнетронах. В цьому випадку, електрони, вибиті іонами баластного газу з внутрішньої і зовнішньої поверхонь циліндра 1, будуть рухатись по циклоїдальних траєкторіях, як зображено на кресл., що суттєво збільшує їх шлях. При співударах з атомами баластного газу -електрони втрачають частку своєї енергії на їх збудження та іонізацію, але при наближенні до віртуальних анодів енергія електронів буде збільшуватись, тому подальший рух -електронів відбуватиметься по траєкторіях з більшим радіусом кривизни. Після багаторазових співударів електрон втратить весь запас кінетичної енергії і термалізується в плазмі розряду, яка завжди існує в порожнинах катода, має позитивний потенціал по відношенню до катода і по своїх параметрах відрізняється від плазми позитивного стовпа розряду [5]. 1 UA 100822 C2 5 10 15 Таким чином в запропонованому порожнинному катоді магнетронного типу використані обидві поверхні циліндра-емітера -електронів, що дозволяє підтримувати стабільне горіння розряду при понижених тисках баластного газу, збільшити концентрацію зарядів плазми і підвищити ефективність пристрою. Роблячи висновки, ми можемо стверджувати, що винахід має новизну, винахідницький рівень та є промислово придатним. Джерела інформації: 1. Разряд с полым катодом / Москалев Б. И. - М.: Энергия, 1969 г. - C. 5-10. 2. Патент України на винахід № 95536, Порожнинний холодний катод / Є.Т. Кучеренко, О.М. Іванюта, О.М. Костюкевич - Опубл. 2011 р., Бюл. № 15. 3. Техника и приборы СВЧ, т. 2 / Лебедев И.В. - М.: Высшая школа, 1970 г. - с. 257-264. 4. Кучеренко Е.Т. Получение окисных пленок алюминия переменной толщины в плазме газового разряда // Вакуумные технологии и оборудование. - Харьков, 2001. - C. 279-282. 5. Кучеренко Е.Т., Зыкова Е.В. Исследование структуры разряда в полом катоде // Радиотехника и электроника. - 1976. - С. 1549-1552. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 1. Порожнинний холодний катод, який виконаний у вигляді алюмінієвої циліндричної трубки з коаксіально встановленим всередині центральним електродом, що зв'язаний з анодом розрядного проміжку через опір, який більший за баластний опір розряду, та які розташовані у поздовжньому однорідному магнітному полі, який відрізняється тим, що введено додатковий циліндричний електрод більшого діаметра, ніж алюмінієва циліндрична трубка, який розташований зовні алюмінієвої циліндричної трубки коаксіально до неї, і електрично зв'язаний з анодом через опір. 2. Катод за п. 1, який відрізняється тим, що додатковий циліндричний електрод зв'язаний з анодом розрядного проміжку через опір, який більший за баластний опір розряду. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2