Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
32
Мощность, потребляемая в единице объема нити,
Q — І н P' (2.4)
где Ун — допустимая плотность тока накала; р — удельное сопротивление
материала нити.
Мощность накала для нити единичной длины составляет
Q = q nd2 /4, (2.5)
а ток эмиссии с поверхности нити
I 3 = j3nd. (2.6)
Эффективность нитевидного катода, определяемая как отношение тока эмиссии к мощности накала,
A= I3IQ= Aj3Iqd (2.7)
увеличивается с уменьшением диаметра нити. В реальных многозлемент-ных катодах минимальный диаметр ограничен пределом прочности на растяжение о материала нити. При высокой температуре в многозлементных катодах предел прочности о ограничивает срок службы катода, так как для всех материалов наблюдается разкое его снижение. В многозлементных катодах нити для предотвращения провисания всегда находятся в натянутом состоянии, поэтому необходимо учитывать являение ползучести, которое еще более снижает допустимый предел прочности. Так, для W — Th-катода при сроке службы 1000 ч в рабочем режиме предел прочности составляет
0,01 предела прочности при T = 293 К.
Системы натяжения нитей при всем своем многообразии имеют общие черты и должны создавать равномерное натяжение нитей в широком диапазоне температуры и обеспечивать надежный электрический контакт. На рис. 2.7 в качестве примера приведена конструкция системы натяжения нитей [19], состоящая из нитевидного эмиттера 4, цилиндрического держателя 2, который может перемещаться под действием пружины 1 в изоляционной втулке 3. Система натяжения нити через цилиндрический держатель 6 крепится к корпусу катодного узла. Управляющая сетка 5 выполнена в виде полуцилиндра, соосного с нитевидным эмиттером.
Эмиттируемые отдельными нитевидными катодами электроны образуют электронный поток, угловые и токовые характеристики которого должны удовлетворять достаточно жестким требованиям по обеспечению эффективного прохождения электронов через фольгу и условиям их использования после вывода. В частности, удовлетворительная эффективность вывода достигается, если неравномерность потока перед фольгой не превышает ±10%, а угол падения электронов около 15°. Поток электронов, удовлетворяющий заданным требованиям, формируют выбором электронно-оптической системы источника ПБС.
Наиболее простую конструкцию электронно-оптической системы из источников с многозлементными катодами имеет трехзлектродный источник, состоящий из нитевидных эмиттеров, помещенных в поле диода, образованного плоским анодом и отражательным электродом. Такая электродная система создает периодическую структуру, формирующую поток электронов, распределение плотности тока которого определяется фо-
33
Рис. 2.7. Система натяжения нитей
Рис. 2.8. Траектории электронов одного периода электродной структуры и расчетное (а) и экспериментальное {б) распределения плотности тока
рмой отражательного электрода, потенциалами электродов и расстояниями между ними.
В электронной пушке [20], генерирующей непрерывный ленточный пучок длиной 100 см, катод состоит из 9 нитевидных эмиттеров, расположенных на расстоянии 11 см друг от друга (рис. 2.8). Пушка обеспечивает пучок с плотностью —4 2
тока 10 А/см и неравномерностью распределения плотности тока в плоскости анода, не превышающей 20%. При ускоряющем напряжении 130 кВ через алюминиевую фольгу выводится 70% тока при толщине фольги 18 мкм и 30% при толщине фольги 30 мкм. Фольга крепится на опорной решетке с прозрачностью 70%, которая имеет отверстия диаметром 4' мм и перемычки между отверстиями 0,6 — 1 мм. Пушка выполнена в разборном варианте и работает при давлении в вакуумной камере (1—2) х х 10“4 Па.
Как показали расчеты электронно-оптической системы пушки [21], в электродной системе с цилиндрическими катодами, помещенными в поле диода, трудно получить равномерный электронный поток. На границе периода структуры возникают участки с повышенной плотностью тока, которая обусловлена фокусирующим действием поля диода на электроны, покидающие цилиндрический катод в направлении управляющего электрода в переходной области от тормозящего к ускоряющему полю. Изменением конфигурации управляющего электрода и межэлектродных расстояний можно влиять на траектории электронов, вылетающих в прикатодной области в сторону управляющего электрода. Это позволяет в определенных пределах управлять распределением плотности тока и оптимизировать электронно-оптическую систему. Расчетом установлено, что при одинаковых потенциалах управляющего электрода и нитей Vyn = Vk =0 наилучшее распределение обеспечивается при CtuxId2 =0,2 и c/dm =0,128. Если угол падения электронов на фольгу ограничивается значением 17°, то ширина пучка, формируемая одним периодом, определяется соотношением 2Хмакс < 0,43d2- Расчетное распределение плотности тока хорошо согласуется с экспериментальным.
Значительное влияние ускоряющего поля на геометрические и токовые характеристики пучка, достаточно жесткие требования, предъявляемые к размерам и форме управляющего электрода, ограничивают применение трехэлектродных электронно-оптических систем в источниках для формирования ПБС.
