ВТОРИЧНО-ЭМИССИОННЫЙ КАТОД

Полезная модель относится к электронной технике, а именно к конструкции катодных узлов СВЧ-приборов магнетронного типа (М-типа).
Известен металлосплавной катод, содержащий фольгу из эмиссионного материала, закрепленную на подложке из тугоплавкого металла, при этом в фольгу введена и прикреплена к ней диффузионной сваркой спираль, навитая из проволоки тугоплавкого металла для поддержания рабочей температуры [Патент RU 2041529, С1, МПК H01J 1/32 (1995.01), H01J 9/14 (1995.01), B23K 20/14 (1995.01) опубликовано 09.08.1995].
Известная конструкция не технологична вследствие необходимости навивки спирали.
Также известна конструкция вторично-эмиссионного катода для прибора М-типа, содержащего керн, выполненный из тугоплавкого металла, например, из молибдена. В керне выполнена внутренняя полость для охлаждения катода. На наружной поверхности керна закреплен эмиттер из платины, а на поверхности внутренней полости нанесен слой другого химически устойчивого в охлаждающей среде тугоплавкого металла, например, вольфрама [Патент RU 2250528 С1, МПК H01J 23/04 (1995.01), H01J 9/14 (1995.01), B23K 20/14 (1995.01).
Недостатком такой конструкции является неравномерное распределение температуры на поверхности катода и отсутствие возможности управления рабочей температурой катода.
Наиболее близким к технической сущности предлагаемого устройства является конструкция вторично-эмиссионного катода, который состоит из эмиттерной втулки, закрепленной на подложке и керна (патент RU 2231855, С1, МПК H01J 9/12 (2000.01), опубликовано 27.06.2004).
Недостатком такой конструкции катода в мощных импульсных приборах М-типа является недостаточная температура рабочей поверхности катода и отсутствие возможности управления рабочей температурой катода, а также растрескивание эмиттерной втулки из металлокерамики вследствие большого градиента температуры в месте соединения эмиттерной втулки с катодом при частом включении-выключении катода.
Температура на поверхности катода может быть ниже до 20% относительно требуемой рабочей температуры, это вызвано несовершенством конструкции катода, что приводит к уменьшению скорости диффузии в объеме эмиттера и снижению пополнения поверхностного слоя эмиссионно-активным веществом и, как следствие, резкому ухудшению эмиссионной способности катода.
Техническая проблема заключается в недостаточной надежности катода.
Технический результат заключается в повышении надежности катода за счет увеличения температуры на поверхности катода до требуемого значения рабочей температуры и уменьшения градиента температуры между эмиттерной втулкой и подложкой.
Проблема решается тем, что во вторично-электродном катоде, содержащем эмиттерную втулку, подложку и керн, в подложке выполнены отверстия, соосные с осью катода и образующие тонкостенные перемычки между эмиттерными втулками и керном, причем общая толщина перемычек составляет 30-40% от внешнего периметра катода, толщина слоя подложки, примыкающего к эмиттерной втулке, составляет 1,5…2 толщины эмиттерной втулки, а толщина слоя подложки, примыкающего к керну, - 2…3 толщины эмиттерной втулки.
Описание конструкции.
n
b
На фиг. 1 представлена конструкция вторично-эмиссионного катода, состоящего из эмиттерной втулки 1, закрепленной на подложке 2, и водоохлаждаемого керна 3. В подложке выполнены отверстия 4, соосные с осью катода и образующие тонкостенные перемычки 5 между эмиттерной втулкой 1 и керном 3. Суммарная толщина всех перемычек составляет 30-40% от наружного периметра катода, то есть толщина одной перемычки Τ составляет 0,3…0,4 (π⋅D/n), где n - количество перемычек, D - диаметр катода, но не менее 2 мм. Толщина наружного слоя подложки h составляет 1,5…2 от толщины эмиттерной втулки δ, а толщина внутреннего слоя подложки h=(2…3)⋅δ.
Вторично-эмиссионный катод работает следующим образом. Теплота, выделяемая на наружной поверхности катода от бомбардировки частицами, отводится к водоохлаждаемому керну 3 через перемычки 5. Вследствие высокого термического сопротивления перемычек температура поверхности катода повышается и уменьшается градиент температуры между эмиттерной втулкой и наружным слоем подложки. Температура катода регулируется за счет выбора размера и количества перемычек.
n
n
Указанный диапазон размеров обеспечивает необходимую температуру поверхности, градиент температуры и механическую устойчивость катода. Если h>2δ, то эмиссионная металлокерамическая втулка растрескивается при циклической работе катода. Соотношение h<1,5δ не обеспечивает механическую устойчивость катода.
Пример конкретного выполнения.
n
в
Изготавливали вторично-эмиссионный катод D=21 мм. Толщина эмиттерной втулки δ=1 мм. Диаметр керна 8 мм, количество перемычек 8, толщина наружного слоя подложки h=2 мм, внутреннего слоя подложки h=2 мм, длина перемычек составляет 2 мм. Динамические испытания прибора с таким катодом показали высокие эмиссионные свойства катода, устойчивую работу, увеличение долговечности в 1,5 раза, отсутствие растрескивания металлокерамических эмиссионных втулок, повышение выхода годных катодов на 30% за счет исключения брака по растрескиванию эмиссионных втулок.
Таким образом, предложенная конструкция вторично-эмиссионного катода позволяет выбирать рабочую температуру поверхности катода, снизить градиент температуры между эмиссионной втулкой и подложкой, исключить растрескивание вторично-эмиссионных металлокерамических втулок, повысить процент выхода и долговечность приборов.