КАТОД ДЛЯ ГАЗОВОГО ДИОДА ПОВЫШЕННОГО ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к ускорительной технике и может быть использована в ускорителях с двухэлектродными газовыми диодами повышенного давления, работающие как в режиме генерации убегающих электронов, так и в режиме генерации субнаносекундных рентгеновских импульсов. Например, в газовых диодах малогабаритных ускорителей сверхкоротких лавинных электронных пучков.
Одной из наиболее сложных проблем при создании газовых диодов повышенного давления является получение больших амплитудных значения токов электронных пучков и равномерное распределение плотности электронов в поперечном сечении потока, что в большой степени зависит от геометрии катода.
Известно устройство катода, который выточен из графита и содержит кольцо с острой кромкой, обращенной к аноду, и плоский диск-основание, который крепится к катодному электроду [1]. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве длина эмитирующей электроны поверхности острой кромки ограничивается диаметром кольца. Указанный признак не позволяет получить большие амплитудные значения тока пучка электронов в газовом диоде повышенного давления, а существенное увеличение эмиссионных центров на поверхности острой кромки, за счет увеличения диаметра кольца, приводит к неоднородному распределению электронов пучка в поперечном сечении.
Известно устройство катода, эмиссионной рабочей поверхностью является торец тонкостенной трубки. Трубка изготовлена из проката нержавеющей стали. Трубка плотно надета на катодный электрод [2]. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве длина эмитирующей электроны поверхности ограничивается диаметром кольца. Используя трубчатые катоды из тонкостенного проката нержавеющей стали можно получать большие токи электронного пучка за счет увеличения диаметра, но при этом теряется качество излучения - плотность тока пучка в центральной части анодной фольги значительно уменьшается.
Наиболее близким устройством, того же назначения, к заявляемой полезной модели по совокупности признаков является катод инициирующего разряда, содержащий ряд параллельных тонких вольфрамовых проволочек натянутых на токоподводящий опорный элемент [3]. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве подвод тока к проволочкам осуществляется с торцевых сторон токопроводящего опорного элемента. Большая длина проволочек влияет на одновременное срабатывание центров эмиссии в центральной части и на краях катода инициирующего разряда. При этом теряется качество электронного потока.
Задачей полезной модели является увеличение амплитуды тока электронного пучка и улучшение равномерного распределения плотности потока электронов в поперечном сечении за анодной фольгой газового диода повышенного давления в ускорителях убегающих электронов.
Указанный технический результат, при осуществлении полезной модели достигается тем, что в катоде для газового диода повышенного давления ускорителя убегающих электронов, рабочая эмитирующая поверхность которого выполнена из плоскопараллельно расположенных металлических проволочек, натянутых на токопроводящий опорный элемент, согласно полезной модели, опорный элемент выполнен в форме тора и плотно установлен на металлическом диске-основании катод для газового диода повышенного давления ускорителя убегающих электронов.
Кроме того, при рабочем импульсном напряжении 50-500 кВ размеры катода составляют:
- расстояние от диска-основания до эмитирующей поверхности (1-4) мм;
- расстояние между проволочками - (3-8) мм
- толщина проволочек составляет (0,05-0,5) мм.
Выполнение этих условий позволяет для заданной конструкции двух электродного газового диода повышенного давления ускорителя электронных пучков подобрать оптимальную геометрию катода. Что, в свою очередь, позволяет получать наибольшие значения тока электронного пучка с равномерным распределением плотности потока электронов в поперечном сечении.
На фиг.1 представлен катод, который содержит опорный элемент 1, выполненный в форме тора, проволочки 2, диск-основание катода 3, переходную муфту 4, соединяющую катод с катодным электродом газового диода.
На основе предложенного решения разработан катод для двухэлектродных газовых диодов повышенного давления малогабаритных ускорителей Сверхкоротких Лавинных Электронных Пучков - 150 (СЛЭП-150) [4]. Диаметр катода определяется диаметром тороидального опорного элемента и равен 30 мм. Диаметр образующей окружности тора 1,5 мм. Тор приварен сваркой к металлическому диску-основанию катода. Проволочки диаметром 0,19 мм натянуты и закреплены на поверхности тора, обращенной к аноду. Расстояние между проволочками 4 мм. Внутренний диаметр переходной муфты 6 мм равен диаметру катодного электрода. Все элементы катода были изготовлены из нержавеющей стали. Такая геометрия и выбор материала катода позволили получить среднестатистическое значение тока электронного пучка за анодной фольгой, толщиной 10 мкм в атмосфере воздуха почти в 4 раза выше, с относительно равномерным распределением плотности потока электронов в поперечном сечении, чем, в сравнении, с трубчатым катодом диаметром 30 мм, изготовленного из проката нержавеющей стали толщиной 0,1 мм.
Источники информации, принятые во внимание.
1. Месяц Г.А., Коровин С.Д., Шарыпов К.А., Шпак В.Г., Шунайлов С.А., Яландин М.И. О динамике формирования субнаносекундного электронного пучка в газовом и вакуумном диоде. Письма в ЖТФ Т.32, №1, 2006, с.35-44.
2. Костыря И.Д., Тарасенко В.Ф., Бакшт Е.X., Бураченко А.Г., Ломаев М.И., Рыбка Д.В. Генерация субнаносекундных пучков электронов в воздухе атмосферного давления. Письма в ЖТФ Т.35, №21, 2009, с.79-87.
3. Павловский А.И., Босамыкин В.С., Карелин В.И., Никольский В.С. Электроразрядный ОКГ с инициированием в активном объеме. Квантовая электроника, Т.3, №3, 1976, с.601.
4. Костыря И.Д., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. Ускоритель сверхкороткого электронного пучка СЛЭП-150. Приборы и техника эксперимента. №4. 2008, с 159-160.