Способ определения работы выхода

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к технике измерения высоких напряжений в процессе испытания электрической изоляции. Технический результат - расширение функциональных возможностей определения координат движущегося объекта за счет снятия ограничений на время непрерывной работы и на величину пройденного пути. Для достижения данного результата на электроды подают высоковольтные прямоугольные импульсы фиксированной длительности. При этом постепенно увеличивают амплитуду импульсов до величины, достаточной лишь для инициирования пробоя. Осуществляют обработку электродов импульсами напряжения длительностью равной времени запаздывания пробоя, обеспечивая оптимальность режима кондиционирования, формирующего поверхность катода с минимальным коэффициентом усиления поля на ее микронеоднородностях. Затем определяют время запаздывания и соответствующую ему величину напряженности электрического поля на катоде.

 

Изобретение относится к технике высоких напряжений, в частности к области электрической изоляции и разрядов в вакууме, и может быть использовано в электронной промышленности при определении работы выхода катодов высоковольтных электровакуумных приборов и конструкций.

Известен способ определения работы выхода электронов материала катода из экспериментов с термоэлектронной эмиссией [1], включающий подачу напряжения на вакуумный промежуток нитевидный катод - цилиндрический анод, измерение температуры катода, измерение плотности термоэлектронного тока при разных температурах катода, построение прямой Ричардсона

где jT - плотность тока термоэлектронной эмиссии;

Т - температура катода,

и расчет величины работы выхода по тангенсу угла наклона этой прямой.

Недостатком способа является необходимость применения специально изготовленных образцов материала катода и специальных ламп для определения эмиссионных констант металлов и невозможность его использования в случае рабочих электродов высоковольтных электровакуумных приборов и конструкций.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения работы выхода из экспериментов с автоэлектронной эмиссией [2]. Способ включает подачу высокого напряжения на вакуумный промежуток с катодом в виде тонкой цилиндрической нити или острия конического типа с малым радиусом вершины, измерение тока автоэлектронной эмиссии, определение напряженности электрического поля на катоде, построение вольтамперной характеристики в координатах Фаулера-Нордгейма log(I/E2)=f(1/E) и расчет величины работы выхода по тангенсу угла наклона этой прямой

где ϕ - работа выхода электронов материала катода, эВ;

I - эмиссионный ток, А;

Е - напряженность электрического поля на катоде, В/м.

Однако этот способ определения работы выхода предполагает использование эмиттера известной геометрии для расчета напряженности электрического поля и не применим в случае катодов электровакуумных приборов и конструкций с большими рабочими поверхностями, на которых присутствуют микровыступы неизвестной геометрии, напряженность поля на вершине которых также остается неизвестной.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении эффективности способа за счет расширения сферы его применения на рабочие электроды высоковольтных электровакуумных приборов и конструкций.

Это достигается тем, что в известном способе определения работы выхода, включающем подачу высокого напряжения на электроды вакуумного промежутка и определение напряженности электрического поля на катоде, на электроды подают высоковольтные прямоугольные импульсы фиксированной длительности, постепенно увеличивают их амплитуду до величины, достаточной лишь для инициирования пробоя, при этом осуществляют обработку электродов импульсами напряжения длительностью, равной времени запаздывания пробоя, обеспечивая оптимальность режима кондиционирования, формирующего поверхность катода с минимальным коэффициентом усиления поля на ее микронеоднородностях, определяют время запаздывания и соответствующую ему величину напряженности электрического поля на катоде, затем на электроды подают прямоугольные импульсы другой длительности, повторяют все упомянутые операции и вычисляют величину работы выхода по формуле

где ϕ - работа выхода электронов материала катода, эВ;

E1, E2 - значения напряженности электрического поля на катоде при разных длительностях высоковольтного импульса, В/м;

tз1 и tз2 - значения времени запаздывания, соответствующие напряженностям Е1, Е2, с.

Введение операций подачи на электроды высоковольтных прямоугольных импульсов фиксированной длительности, постепенного увеличения их амплитуду до величины, достаточной лишь для инициирования пробоя, осуществления обработки электродов импульсами напряжения длительностью, равной времени запаздывания пробоя, обеспечивает реализацию оптимального режима импульсного кондиционирования и формирование поверхности катода с минимальным коэффициентом усиления поля на ее микронеоднородностях.

Использование прямоугольных импульсов фиксированной длительности позволяет определить величину Е1 напряженности электрического поля на катоде, соответствующую времени запаздывания пробоя tз1. Постепенное увеличение амплитуды импульсов до величины, достаточной лишь для инициирования пробоя, обеспечивает плавное приближение к оптимальному режиму импульсного кондиционирования, исключая возникновение пробоев промежутка. Обработка электродов импульсами напряжения длительностью, равной времени запаздывания пробоя tиtз, соответствует оптимальному режиму кондиционирования, формирующего поверхность катода с минимальным коэффициентом усиления поля.

Согласно критерию оптимальности импульсного кондиционирования [3],

основанному на механизме джоулева разогрева эмиттера протекающим автоэлектронным током, энергия, выделяемая в эмиттере за время действия импульса tи, остается величиной постоянной и равной энергии его разрушения. При оптимальном режиме импульсы фиксированной длительности выделяют в эмиттере одну и ту же мощность, достаточную лишь для разрушения существующих микронеоднородностей катодной поверхности без образования новых, и формируют поверхность катода с минимальным значением коэффициента усиления поля. С изменением длительности кондиционирующих импульсов оптимального режима изменяется мощность, выделяемая на катоде, и изменяется состояние его поверхности. Для улучшения состояния поверхности катода следует уменьшать длительность импульсов оптимального режима, для ухудшения - увеличивать.

Достижение оптимального режима состоит в поддержании времени запаздывания пробоя, равным длительности кондиционирующих импульсов tиtз. В результате кондиционирования импульсами tиtз формируется строго определенное состояние поверхности катода, при этом время запаздывания пробоя оказывается функцией пробивной напряженности Е, работы выхода ϕ и совокупности физических постоянных α ρ c/к0, определяющих удельную энергию разрушения материала катода, и для высоковольтных прямоугольных импульсов принимает вид [4]

где ρ - плотность, кг/м3;

с - удельная теплоемкость, Дж/(кг· К);

к0 - коэффициент пропорциональности в зависимости между удельным сопротивлением к и температурой Т (к=к0T), Ом· м/К;

α - безразмерная величина, медленно изменяющаяся с изменением напряженности Е.

Средством однозначного установления условия оптимальности импульсного кондиционирования является осциллографирование импульсов напряжения.

Из осциллограмм напряжения и геометрии электродов определяют пробивную напряженность Е1, получаемую в результате оптимального режима кондиционирования импульсами фиксированной длительности, и соответствующее ей время запаздывания пробоя tз1tи.

Подача на электроды импульсов другой длительности и повторение всех упомянутых операций позволяют реализовать оптимальный режим кондиционирования импульсами другой мощности. Изменение мощности, выделяемой в эмиттере при оптимальном режиме кондиционировании, сопровождается изменением состояния поверхности катода и приводит к другим значениям импульсной электрической прочности Е2 и времени запаздывания tз2tи.

На основании выражения (5) при использовании двух разных режимов оптимального кондиционирования катода импульсами длительностью tи=tз1 и tи=tз2 получена формула (3) для вычисления работы выхода.

Применение двух разных режимов оптимального импульсного кондиционирования с измерением характеристик электрической прочности: импульсной электрической прочности и времени запаздывания пробоя, приводит к повышению эффективности способа за счет расширения сферы его применения на рабочие катоды высоковольтных электровакуумных приборов и конструкций.

Способ определения работы выхода осуществляют следующим образом. На электроды вакуумного промежутка, образованного рабочими электродами, подают высоковольтные прямоугольные импульсы фиксированной длительности, плавно увеличивают амплитуду импульсов до величины, достаточной лишь для инициирования пробоя, при этом осуществляют тренировку электродов высоковольтными импульсами длительностью, равной времени запаздывания пробоя. Кондиционирование импульсами tиtз соответствует оптимальному режиму и формирует поверхность катода с наименьшим значением коэффициента усиления на ее микронеоднородностях. По достижении установившегося режима определяют время запаздывания tз1 и соответствующую ему напряженность Е1 электрического поля на катоде. После чего подают на электроды прямоугольные импульсы другой длительности, повторяют все упомянутые операции и вычисляют значение работы выхода по формуле (3).

Для осуществления способа используют генератор высоковольтных прямоугольных импульсов наносекундной длительности.

Согласно заявляемому способу с помощью генератора, формировавшего на несогласованной нагрузке импульсы напряжением 5≤ Uи60 кB, длительностью 4≤ tи800 нс и фронтом tф=4 нс, на электроды из хрома площадью S=500 мм2 в однородном поле при величине межэлектродного промежутка d=0,9 мм подавали высоковольтные прямоугольные импульсы длительностью tи=130 нс, постепенно увеличивали их амплитуду до величины достаточной лишь для инициирования пробоя, осуществляя при этом обработку электродов высоковольтными импульсами tиtз. По осциллограммам напряжения определено напряжение пробоя и рассчитана напряженность поля E1=2.1· 107B/м, соответствующая времени запаздывания пробоя tз1tи=130 нс. Затем подавали на электроды высоковольтные прямоугольные импульсы длительностью tи=10 нс. При обработке электродов импульсами tз2tи=10 нс напряженность составила E2=6.4· 107 В/м. Вычисленное значение работы выхода по формуле (3) составило ϕ =4.6 эВ. Согласно [5], значение работы выхода для хрома равно ϕ =4.58 эВ.

Данный способ позволяет повысить эффективность известного способа за счет расширения сферы его применения на катоды высоковольтных электровакуумных приборов и конструкций и может быть использован в электронной промышленности.

Источники информации

1. Соболев В.Д., Физические основы электронной техники - М.: Высшая школа, 1979, с.260-263.

2. Латам Р. Вакуумная изоляция установок высокого напряжения - М.: Энергоатомиздат, 1985, с.43.

3. Емельянов А.А., Запаздывание пробоя в вакууме // ЖТФ, 2003, Т.73, Вып.9, с.113-119.

4. Емельянов А.А., Об оптимальном режиме электроимпульсного кондиционирования напыленных электродов в вакууме // ПТЭ, 1998, №6, с.90-91.

5. Физический энциклопедический словарь / Под ред. А.М.Прохорова - М.: Сов. Энциклопедия, 1983. с.601.

Способ определения работы выхода, включающий подачу высокого напряжения на электроды вакуумного промежутка и определение напряженности электрического поля на катоде, отличающийся тем, что на электроды подают высоковольтные прямоугольные импульсы фиксированной длительности, постепенно увеличивают их амплитуду до величины достаточной лишь для инициирования пробоя, при этом осуществляют обработку электродов импульсами напряжения длительностью, равной времени запаздывания пробоя, обеспечивая оптимальность режима кондиционирования, формирующего поверхность катода с минимальным коэффициентом усиления поля на ее микронеоднородностях, определяют время запаздывания и соответствующую ему величину напряженности электрического поля на катоде, затем на электроды подают прямоугольные импульсы другой длительности, повторяют все упомянутые операции и вычисляют величину работы выхода по формуле

где ϕ - работа выхода материала катода, эВ;

E1, E2 - значения напряженности электрического поля на катоде при разных длительностях высоковольтного импульса, В/м;

tз1 и tз2 - значения времени запаздывания, соответствующие напряженностям E1, Е2, с.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике высоких напряжений, в частности к области электрической изоляции в вакууме, и может быть использовано в электронной промышленности.

Изобретение относится к технике высоких напряжений, в частности к области электрической изоляции в вакууме, и может быть использовано в электронной промышленности.

Изобретение относится к технике высоких напряжений, в частности к технике электрической изоляции в вакууме, и может быть использовано в электронной промышленности.

Изобретение относится к области электроники органических материалов и может найти применение в разных областях техники, в частности в электротехнике, в приборах и оборудовании с использованием полевых эмиссионных источников электронов.

Изобретение относится к области электронной техники. .

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к технике индикации, и может быть применено для создания люминесцентных дисплеев для отображения различной информации.

Изобретение относится к технике индикации и может быть использовано при разработке средств отображения на плазменных панелях (ПП) переменного тока. .

Изобретение относится к технике индикации и может быть использовано в дисплеях отображения цветной информации с высоким контрастом и упрощенным процессом ввода информации, при использовании разных видов индикаторных элементов отображения.

Изобретение относится к технике индикации и может быть использовано в дисплеях отображения цветной информации с высоким контрастом и упрощенным процессом ввода информации, при использовании разных видов индикаторных элементов отображения.

Изобретение относится к области техники индикации и может быть использовано при построении наборных цветных телевизионных экранов коллективного пользования из модулей на плазменных панелях.

Изобретение относится к технике высоких напряжений, а именно к диагностике электрической изоляции в вакууме, и может быть использовано в электронной промышленности

Изобретение относится к области разработки способов повышения электрической прочности вакуумных высоковольтных промежутков в вакуумных выключателях, ускорителях и других высоковольтных устройствах

Изобретение относится к области электроники, а именно к вакуумным триодам, позволяющим коммутировать большие токи малыми напряжениями и использующим полевые (холодные) катоды

Изобретение относится к электронным приборам, предназначенным для работы в усилительном и генераторном режимах в диапазоне коротких, метровых и дециметровых волн

Изобретение относится к вакуумной микроэлектронике и может быть использовано при создании тонкопленочных интегральных схем

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано при создании осветительных приборов бытового и промышленного назначения для улучшения их потребительских качеств: получения свечения с заданным комфортным спектром, например разных оттенков теплого и холодного белого, с повышенной равномерностью или требуемой неравномерностью

Изобретение относится к системам получения заряженных частиц больших энергий и предназначено для применения в области ядерной физики и ядерных технологий. Ускоритель заряженных частиц содержит вакуумную камеру в форме участка кольцевой трубы, на торцах которого внутри находятся источник заряженных частиц и мишень. Источник заряженных частиц выполнен в виде соосно расположенных цилиндров с кромками в форме лезвия. Вне вакуумной камеры расположена система, создающая переменное магнитное поле в виде электрических контуров, соединенных с высокочастотным генератором переменного тока, с возможностью получения фокусирующего и одновременно ускоряющего переменного магнитного поля, зависящего от радиуса ρ орбиты заряженных частиц в соответствии с выражением Н~ρ-α, где Н - напряженность магнитного поля частотой 105-107 Гц, α=0,45-0,55. Электрические контуры установлены с возможностью перемещения в продольном и поперечном направлениях. Источник заряженных частиц и мишень установлены с возможностью перемещения по орбите заряженных частиц. Соосно расположенные цилиндры установлены с возможностью перемещения относительно друг друга вдоль образующей. Технический эффект заключается в получении большой плотности мощности потока заряженных частиц на мишени, что расширяет функциональные возможности применения ускорителя в области ядерной физики, например технологии получения трансурановых материалов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к оптоэлектронике - светоизлучателям и дисплеям. Эмиссионная светодиодная ячейка выполнена как цилиндр - диэлектрический микроканал, на внутреннюю поверхность которого нанесен электрод - полупроводящий пленочный нанослой, совмещающий в себе катод, анод и коллектор. Полевой эмиттер, вторичный эмиттер и люминофор выполнены как несплошное покрытие нанопорошками, нанесенными на электрод микроканала из общей суспензии в едином технологическом цикле. Полевой и вторичный эмиттеры могут быть одним и тем же материалом. Состав порошков, их количество, доля покрытой поверхности определяются эмпирически в устройстве и подбираются так, чтобы иметь максимальный энергетический эффект. Микроканал ячейки длиной L и внутренним диаметром w, при ее использовании, механически и электрически плотно контактирует своими торцами с электродами, напряжение между которыми V, располагается вдоль линий электрического поля под углом φ. Действующее напряжение для эмиссии электронов и люминесценции оценивается по формуле V(w/L)tgφ. Отличие заявленного варианта заключается в том, что он действует как множество последовательных микроизлучателей. При этом цепь протекания электронного потока и электрического тока замкнута в каждом микроизлучателе, что уменьшает энергетические потери. Технический результат - увеличение КПД преобразования и яркости излучения, упрощение технологии. 3 ил.
Использование: для изготовления фотокатодов, предназначенных для работы при низком уровне освещенности. Сущность изобретения заключается в том, что на подложку наносят слой нещелочного металла, очувствляют его как минимум одним щелочным металлом, после этого, с целью увеличения квантового выхода, последовательно напыляют и очувствляют не менее 20 слоев нещелочного металла до прекращения роста максимума фототока при очувствлении. Технический результат: обеспечение возможности повышения квантового выхода и чувствительности фотокатода. 6 з.п. ф-лы.

Изобретения относятся к электронной технике и рентгеновской технике, а именно к источнику электронов, предназначенному для использования в составе электронных приборов с автоэлектронной эмиссией, и одному из таких приборов - рентгеновской трубке. Источник содержит катодный электрод 1 с автоэлектронной эмитирующей частью 2 и управляющий электрод 20, прозрачный для эмитируемых электронов. Особенностью источника является то, что управляющий электрод 20 выполнен в виде прямого пустотелого проводящего цилиндра, имеющего боковую стенку 3 и два основания 6, 7 с центральными отверстиями 4, 5. Одно из оснований (6) обращено к катодному электроду 1 и расположено напротив его автоэлектронной эмитирующей части 2. Отверстие 4 в этом основании имеет меньший размер по сравнению с отверстием 5 в другом основании. Рентгеновская трубка содержит источник электронов и анод, размещенные в вакуумированном корпусе, имеющем рентгенопрозрачное выводное окно. Особенностью конструкции трубки является описанное выше выполнение источника электронов. Трубка может быть выполнена , таким образом, что боковая стенка упомянутого цилиндра является частью стенки корпуса трубки. Технический результат - предотвращение нежелательной эмиссии из способных к эмиссии частиц материала автоэлектронной эмитирующей части катодного электрода, отрывающихся от нее и оседающих на управляющем электроде, и уменьшение количества таких частиц, отрывающихся от управляющего электрода. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх