Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Влияние материала катода на его эрозию. Информация об эрозионной стойкости различных материалов была получена [83] в процессе испытаний на срок службы цилиндрических эмиттеров в виде проволочек диаметром 50 мкм из вольфрама, меди, серебра и золота. Испытывались также эмиттеры из фольги, имеющие форму зуба, из меди, титана, никеля, ниобия, алюминия, свинца, латуни и графита. Высота зуба составляла
0,5-0,7 см, радиус 25 и угол вершины 20 мкм. Эксперименты проводились при длительности импульсов 50 не. При зазоре d ~ 0,6 см и ~30 кВ для большинства материалов эмиттеров амплитудное значение тока составляло примерно 60 А, частота следования импульсов 25 Гц, вакуум в разрядной камере 10“2 Па.
Результаты испытаний цилиндрических эмиттеров приведены на рис. 4.5 в виде зависимостей изменения высоты проволочки АН от числа прошедших через промежуток импульсов тока N. Наиболее эрозионно-стойки эмиттеры из меди.
В случае использования эмиттеров в виде "зубьев" (табл. 4.1) при одинаковой геометрии и токовой нагрузке свинцовые зубья обеспечивают
Таблица 4.1. Стойкость эмиттеров в виде ’’зубьев”
Характе- Материал катода
ристика -----------—...................................... .....................
Ti Ni Nb Al Латунь Cu Графит Pb
N, имп. 3 3 10 45 1,25 -IO3 5-Ю3 1,25 IO5 4,3-105
Mf 10 Пг/имп. — — — — — 1,8 28 13
7, 10“5, г/Кл _____ 1,2 14,2 20,7
1/,см3/Кл - - - - ~ 1,35 63 17,7
Я, ,км ' 25 25 25 25 40 35 175 275
Примечание. /V— число включений, по достижении которого появляются пропуски импульсов электронного тока; M — количество металла, уносимого за импульс; 7 — удельный электроперенос; R — конечный радиус вершины зуба.
80
на 1—5 порядков большее число стабильных включений по сравнению с другими материалами. Исследования поверхностей эмиттеров в растровом микроскопе после испытаний показали, что. размеры микроострий, возникающих на поверхности свинцового зуба, существенно больше, чем у любого другого испытанного материала. Этот факт объясняет полученные результаты.
Следует отметить, что медные эмиттеры, обеспечивая меньшее число включений по сравнению с графитом и свинцом, обладают существенно большей эрозионной стойкостью по параметрам M и у. Необходимо отметить также, что доля нейтральной компоненты в виде капель в общей массе эрозированного материала на графите и свинце заметно выше, чем на меди. При выборе материала необходимо учитывать конкретные условия эксплуатации эмиттеров, эрозионную стойкость и технологичность изготовления и сборки катода.
Влияние вакуумных условий на стабильность работы катода. Экспериментально установлено [83], что давление и способ получения вакуума в камере влияют на стабильность токоотбора с катода. В случае использования эмиттеров из фольфрама и молибдена уменьшение давления от 1,33- 1СГ1 до 1,33- 1СГ4 Па и переход к безмасляной откачке камеры приводит к тому, что через 103 включений тока КФ начинают возникать нестабильно. В то же время при давлении 1СГ1 Па и откачке диффузионным насосом ток оставался стабильным примерно до 106 включений.
Аналогичный эффект наблюдается при эксплуатации эмиттеров из золота, меди и серебра. При этом, если вакуум в камере создавался сорбционным насосом и составлял 10“4 Па, импульсы тока оставались стабильными только в течение 104 включений. С переходом к масляной откачке и давлению 10"1 Па катоды работают стабильно и после 106 включений тока.
Приведенные результаты позволяют утверждать, что на возбуждение центров эмиссии влияют поверхностные загрязнения. При наличии последних уменьшается время запаздывания возникновения КФ. По этой причине технический вакуум является предпочтительным для работы катода в режиме ВЭЭ.
Выбор геометрии многоострийного катода. Для стабильной работы многоострийного катода необходимо, чтобы критическая напряженность поля ?кр достигалась на вершинах большинства эмиттеров уже на фронте импульса напряжения. Таким образом, задача расчета поля в многоострий-ном катоде состоит в том, чтобы подобрать такую напряженность на вершинах эмиттеров, при которой время запаздывания появления катодных факелов не превышает длительности фронта импульса при данной амплитуде напряжения.
Рассмотрим многоострийный катод, представленный на рис. 4.6, где показаны проекции острий в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Напряженность поля на острие определяется соотношением E=IdUZdf где /і — коэффициент усиления, U — разность потенциалов, d — величина зазора. Задача нахождения /і = f(d, a, a , г, г ,H) решалась во многих работах. В [84] получено простое выражение, позволяющее находить оптимальные геометрические параметры для коллективов острий или лезвий. В большинстве практических случаев, когда d/H » 3 ( обозначения даны на рис. 4.6), коэффициент усиления поля на катоде из лезвий можно
81
Анод
й)
/ /777777'
Анод
^\\\\\\\\\\\\^^^
В)
,2г'
'///////¦ Ь777777: Ь77 ^777^77/ 77777/
«к й * Катод а'
7777777777 Катод
Рис. 4.6. Расположение и форма эмиттеров на катоде во фронтальной (а) и боковой (б) проекциях
