Спосіб формування електронного потоку в приладах з холодним вторинно-емісійним катодом та неоднорідним магнітним полем

Спосіб формування електронного потоку в приладах з холодним вторинно-емісійним катодом, що полягає в створенні початкового просторового заряду в результаті імпульсу катодної напруги з ділянкою спаду, створенні автоелектронної емісії з катода, розмноженні вторинно-емісійних електронів та створенні електронного потоку, який відрізняється тим, що в зоні між катодом і колектором утворюють зону неоднорідності магнітного поля, тобто магнітну пробку, яка забезпечує зворотний рух електронів на катод, причому магнітну пробку створюють з такими параметрами, які дозволяють встановити необхідний час руху електронів, за який потенціал катода зменшиться на величину, достатню для надійного забезпечення вторинної електронної емісії. (19) UA (11) (21) a200607613 (22) 07.07.2006 (24) 26.08.2008 (46) 26.08.2008, Бюл.№ 16, 2008 р. (72) ЧУРЮМОВ ГЕННАДІЙ ІВАНОВИЧ, U A, СТАРЧЕВСЬКИЙ ЮРІЙ ЛЬВОВИЧ, UA, ПЕРЕВЕРТАЙЛО РОМАН АНДРЕЕВИЧ, U A (73) ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОН АЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ, UA (56) RU 2166813 від 10.05.2001 US 4199709 від 22.04.1980 SU 730184 від 10.01.1981 SU 852144 від 15.04.1982 US 4480234 від 30.10.1984 RU 2039392 від 09.07.1995 Довбня А.Н., Закутин В.В., Решетняк Н.Г., Ромасько В.П., Волколупов Ю.Я., Красноголовец М.А. Быстрое формирование электронного пучка в магнетронной пушке с вторично-эмиссионным металлическим катодом. Журнал технической физики. 2001. - Т. 71.- №9. - С. 134-136 Довбня А.Н., Закутин В.В., Решетняк Н.Г., Ромасько В.П., Волколупов Ю.Я., Красноголовец М.А. Получение мощных электронных пучков в магнетронных пушках с холодными вторичноэмисионными катодами. Журнал технической физики. 2002. - Т.72.- №12. - с.98-101 C2 2 83884 1 3 83884 збільшити енергію бомбардування. В результаті формується втулка просторового заряду. Даний спосіб формування електронного потоку має ряд недоліків, до яких можна віднести ненадійність формування електронного потоку внаслідок того, що електрони не встигають набрати необхідну кінетичну енергію бомбардування катоду яка забезпечує коефіцієнт вторинної емісії більше одиниці і призводить до лавинного вторинноемісійного розмноження. За період руху електронів в спадаючому електричному полі, технічно дуже важко забезпечити швидкість зміни потенціалу катоду більше ніж 1011 В/с [див. Черенщиков С.А. О запуске магнетрона с холодные катодом на спаде импульса напряжения //Электроника СВЧ. 1973. - №6. -С.20-28.]. Крім того, збільшити період руху електронів, щоб потенціал катоду встиг зменшитись на величину, достатню для забезпечення вторинної емісії не дозволяє обмежений простір між катодом і анодом. Найбільш близькими по сукупності істотних ознак є магнетронна гармата з холодним металевим вторинно-емісійним циліндричним катодом, коаксіальне розташованим анодом, колектором і магнітною фокусуючою системою [див. Волколупов Ю.Я., Довбня А.Н., Закутин В.В., Красноголовец М.А., Решетняк Н.Г., Ромасько В.П. Быстрое формирование электронного пучка в магнетронной пушке с вторично-эмиссионным металлическим катодом //Журнал технической физики. - 2001. - Т.71. №9. - С.134-136.]. При подачі на катод напруги починається автоемісія. Первинні електрони у просторі між катодом і анодом тримаються завдяки однорідному магітному полу, яке утворюється соленоїдом і прямує по вісі симетрії магнетронної гармати. Коли відбувається спад потенціалу катоду зі швидкістю більше ніж 1011В/с, первинні електрони повертаються на катоду зі кінетичними енергіями, що перевищують кінетичну енергію на момент їх емісії. В тому випадку, коли їх енергія Перевищує перший критичний потенціал матеріалу катода (коефіцієнт вторинної емісії дорівнює одиниці) починається вторинно-емісійне розмноження, яке призвидить до формування електронного потоку. Суттєвим недоліком такого пристрою є нестабільність запуск, електронного потоку. Автоемісійні вістря розташовані по поверхні катоду випадковим чином і в наслідок електронного бомбардування руйнуються, що призводить до зміни струму автоелектронної емісії в кожному наступному імпульсі. Оскільки формування пучка відбувається досить короткий час, що дорівнює десяти циклотронним періодам електронів, то накоплений в наслідок автоемісії просторовий заряд може виявитись недостатнім для забезпечення генерації електронного потоку. Як результат робота пристрою супроводжується зривами коливань (у випадку безперервного режима роботи) і „пропусками” імпульсів коливань (у випадку імпульсного режима роботи). Таким чином, при здійсненні технічного рішення по аналогу і прототипу такий технічний результат як підвищення надійності роботи магнетронних приладів з холодним вторинно-емісійним катодом 4 при формуванні стійкого, стабільного електронного потоку не може бути досягнутий. В основу винаходу поставлена задача створення такого способу формування електронного потоку в магнетронних приладах з холодним вторинно-емісійним катодом, який би дозволив підвищити надійність формування електронного потоку шляхом утворення магнітної пробки між катодом і колектором. Ця задача вирішена таким чином. В способі формування електронного потоку в магнетронних приладах з холодним вторинно-емісійним катодом, що полягає в створенні початкового просторового заряду в результаті імпульса катодної напруги з ділянкою спада, створенні автоелектронної емісії з катоду, розмноженні вторинно-емісійних електронів та створенні електронного потоку, згідно винаходу, в зоні між катодом і колектором соленоїд утворює магнітну пробку, яка забезпечує зворотній рух електронів на катод, параметри магнітної пробки дозволяють встановити необхідний час руху електронів, за який потенціал катоду зменшиться на величину, достатню для надійного забезпечення вторинної електронної емісії. На Фіг.1 схематично представлений генератор електронного потоку. На Фіг.2 показана епюра напруги між катодом і колектором і спадаючою ділянкою. На Фіг.3 показана епюра магнітного поля, яке утворює магнітну пробку і забезпечує повернення електронів на катод. Розглянемо більш детальніше цей спосіб. Він потребує нового пристрою для його здійснення. Найбільш близькими по сукупності істотних ознак є генератор електронного потоку [див. Волколупов Ю.Я., Довбня Л.Ц., Закугин В.В., Красноголовец М.А., Решетняк Н.Г.. Ромасько В.П. Быстрое формирование электронного пучка в магнетронной пушке с вторично-эмиссионным эмиссионным металлическим катодом //Журнал технической физики - 2001 - Т.71, №9. - С.134-136.], що містить катод, анод. До недоліків цього пристрою відноситься нестабільність запуску електронного потоку. Автоемісійні вістря розташовані по поверхні катоду випадковим чином і в наслідок електронного бомбардування руйнуйнуються, призводить до зміни струму автоелектронної емісії в кожному наступному імпульсі. Оскільки формування пучка відбувається досить короткий час, що дорівнює десяти циклотронним періодам електронів, то накоплений в наслідок автоемісії просторовий заряд може виявитись недостатным для забезпечення генерації електронного потоку. Як результат робота пристрою супроводжується зривами коливань (у випадку безперервного режима роботи) і «пропусками» імпульсів коливань (у випадку імпульсною режима роботи). В основу винаходу поставлена задача створення такого пристрою формування електронного потоку в магнетронних приладах з холодним вторинно-емісійним катодом, який би дозволив надійно формувати стабільний елекгронний потік і утворювати над поверхнею катоду електронну хмару. 5 83884 Генератор електронного потоку (Фіг.1) містить холодний металевий вторинно-емісійний катодом 1 з вістрійними системами 2, колектором 3, якы знаходяться в вакуумній камері 4. В составі генератора також знаходяться джерело живлення катода 5, джерело живлення колектора 6 га систему соленоїдів 7. Розглянемо роботу пристрою. По-перше, на відміну від прототипу пристрій не містить анод. Подруге, застосовується соленоїд, що утворює неоднорідне магнітне поле, на відміну від прототипу, який містить соленоїд. що утворює однорідне магнітне поле. Пристрій, працює наступним чином. В початковий момент t=0 від джерела живлення катода 5 подається напруга, форма якої приіведена на Фіг.2. На ділянці 0£t£t1 імпульсу катодної напруги вістрійні автоемісійні ситеми 2 постачають у простір між катодом та колектором електрони, які рухаються в напрямок колектора завдяки фокусуючому магнітному полю (рис. 3)., що утворюється системою соленоїдів 7. Коли електрони досягають, області пробки де діє більш інтенсивне магнітне поле, вони відбиваються [див. Будкер Г.И. в сб. Физика плазмы и проблема управляемых термоядерних реакций. -М: АН СССР. - 1958. - т.3. - С.3 або Димов Г.И. Возможность демонстрации самоподдерживающейся термоядерной реакции в ам 6 биполярной ловушке //Письма в журнал технической физики. - 1999. - Т.25, №23. - С.28-33] і прямують до катоду. На першій ділянці спада катодного імпульса напруги при t1£t£t 2 електрони, що повертаються, мають більшу енергію, ніж необхідно для того, щоб досягнути катода за рахунок зменшення потенціалу катода Це призводить до процесу лавинного вторинно-емісійного розмноження і гарантованого формування щільного просторового заряду електронної хмари. На сталій ділянці імпульсу при t2£t£t3 відбувається процес самопідтримної вторинної електронної емісії завдяки коливанням щільності просторового заряду біля поверхні катода. Відбір електронів здійснюється за допомогою джерела живлення колектора. Електрони будуть проходити крізь магнітну пробку і досягати колектора, якщо збільшити його потенціал. Саме такий результат можна забезпечити зменшенням магнітного поля в пробці. Якщо це робити в імпульсному режимі, то можна формувати замість електронного потока електронні згустки. Застосування такого пристрою дозволяє значно підвищити надійність роботи магнетронних приладів з холодним вторинно-емісійним катодом. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 83884 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601