Импульсный источник электронов

 

Изобретение относится к сильноточной электронике и может быть использовано в ускорительной технике, технике СВЧ, промышленной технологии, например для поверхностного упрочнения стали. Целью изобретения расширение диапазона регулировки плотности тока пучка электронов. Для достижения этой цели в катодный электрод 8 введена диэлектрическая вставка 7 с канавкой в виде спирали Архимеда. Генератор также содержит зарядное устройство 1, емкостный накопитель 2, коммутатор 3, прерыватель 4, катушки 5 и 6 индуктивности, высоковольтный проходной изолятор 9, вакуумную камеру 10, анод 11. В качестве материала диэлектрической вставки 7 может быть использовано оргстекло, винипласт, стеклотекстолит. 1 ил.

Изобретение относится к сильноточной электронике. Оно может найти применение в ускорительной технике, технике СВЧ, промышленной технологии, например поверхностном упрочнении стали. Цель изобретения расширение диапазона регулировки плотности тока пучка электронов. На чертеже приведена схема импульсного источника электронов. Генератор импульсного напряжения содержит зарядное устройство 1, параллельно которому включен емкостный накопитель 2 через коммутатор 3 и прерыватель 4, подключенный к катушкам 5 и 6 индуктивности, вторая из которых размещена в канавке диэлектрической вставки 7 через катодный электрод 8, укрепленный в высоковольтном проходном изоляторе 9, размещенном в вакуумной камере 10 напротив анода 11. Давление газа в вакуумной камере диода Р ≈10^-5 Торр. Устройство работает следующим образом. После того, как конденсатор емкостного накопителя 2 энергии зарядится до некоторого требуемого напряжения U₃, выключается коммутатор 3 и ток протекает по цепи накопитель 2 коммутатор 3 прерыватель 4 катодный электрод 8 катушки 5 и 6 камера 10. После того, как ток в цепи достигает определенного значения, срабатывает прерыватель 4 тока и происходит обрыв тока в цепи. При этом возникающее в индуктивном накопителе энергии, выполненном из двух катушек 5 и 6, напряжение определится по формуле: U (L₁ + L₂)di/dt, (1) где di/dt скорость изменения тока; L₁ индуктивность катушки 6; L₂ индуктивность катушки 5 индуктивного накопителя энергии. Определим напряжение на L₁ как U₁ kU, (2) где k коэффициент деления индуктивного делителя напряжения, равный ; U напряжение на диоде (выходное напряжение генератора импульсного напряжения). Напряжение на L₁ (т.е. на катодном узле) определится по формуле U₁ kU U, (3) При этом падение напряжения, приходящееся на виток катушки с числом витков W₁, определяется как ΔU , (4) Учитывая, что U определяется из (1) и
di=U: ,
(5) то формула для ΔU будет иметь вид:
ΔU ,
(6) где t время прерывания тока. Подбирая зазор между витками катушки 6, можно зажечь межвитковый скользящий разряд по поверхности диэлектрика при выполнении условия
Δ U ≥ U_пор, (7) Эксперименты по определению пороговых условий показали, что условие формирования катодной плазмы имеет ограничение сверху, вызванное резкой неоднородностью n_ср, связанной с внутренним пробоем диэлектрика, и оно определяется его свойствами. Обработка экспериментальных данных показала, что условия формирования однородной катодной плазмы выглядят следующим образом:
10⁶[В/см]≥ ≥ 1,2·10⁵ [B/см]
(8) Это условие преобразуем относительно h. Величина h представляет по сути шаг спирали Архимеда. Из (8) следует:
[см]≅ h≅ [см]
(9) В (9) подставим значение ΔU из (4)
[см]≅ h≅
(7)
Были изготовлены опытные образцы катодных узлов и индуктивного накопителя энергии. В качестве материала диэлектрической вставки 7 использовались: оргстекло, винипласт, стеклотекстолит. Катушку 6 индуктивности изготавливали в соответствии с выше рассмотренными требованиями. При этом сами витки лежали в плоскости катода и не высовывались за нее. Генератор импульсного напряжения с совместным емкостным и индуктивным накопителями энергии был аналогичен генератору, используемому в прототипе.

Формула изобретения

ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ, содержащий генератор импульсного напряжения с совмещенными емкостным и индуктивным накопителями энергии и диод, состоящий из вакуумной камеры, высоковольтного проходного изолятора с плазменным катодным электродом и анодом, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулировки плотности тока пучка электронов, в катодный электрод введена диэлектрическая вставка с канавкой в виде спирали Архимеда, размещенная на стороне, обращенной к аноду, а индуктивный накопитель энергии выполнен из двух, включенных последовательно катушек индуктивности с разным шагом намотки, первая из которых размещена в канавке диэлектрической вставки и подключена к катодному электроду, а вторая, лежащая в одной плоскости с первой, подключена к корпусу вакуумной камеры, при этом ширина шага намотки h см первой обмотки удовлетворяет выражению


где C емкость емкостного накопителя, Ф;
L₁ индуктивность катушки, подключенной к катоду, Гн;
L₂ индуктивность катушки, подключенной к вакуумной камере, Гн;
W₁ число витков первой катушки;
U₃ зарядное напряжение, В;
t время прерывания тока, с.

РИСУНКИ

Рисунок 1