МАГНЕТРОН С БЕЗНАКАЛЬНЫМ КАТОДОМ

Полезная модель относится к электронной технике, в частности к конструкции электровакуумных приборов СВЧ M-типа. Известны магнетроны с безнакальным катодом [1], содержащие анод и коаксиально расположенный внутри него катод из тугоплавкого металла, например, молибдена с размещенными на нем автоэлектронными эмиттерами в виде шайб из танталовой фольги и термо-вторично-эмиссионными эмиттерами в виде втулок из эмиссионно-активного сплава палладия с барием. Барий, испаряясь из сплава, активирует автоэлектронный эмиттер, который обеспечивает безнакальный запуск прибора. Недостатком магнетронов с таким катодом является использование дефицитных дорогостоящих материалов и низкий уровень выхода годных приборов из-за недостаточной стабильности автоэмиссионного эмиттера.
Ближайшим прототипом предлагаемой полезной модели является магнетрон с безнакальным катодом [2], содержащий анод и коаксиально расположенный внутри него катод из тугоплавкого металла, например, молибдена с размещенными на нем автоэлектронными эмиттерами в виде шайб из танталовой фольги и термо-вторично-эмиссионными эмиттерами в виде втулок, которые выполнены в виде прессованной губки, сформированной из смеси порошков эмиссионно-активного палладий-бариевого сплава, по крайне мере, одного тугоплавкого металла из группы, состоящей из W, Mo, Ta, Nb, Re и/или, по крайне мере, одного платинового металла из группы, состоящей из Os, Ir, Pt, Ru, Rh, Pd. Реально, приборы с термо-вторично-эмиссионными эмиттерами из смеси порошков палладия и палладий - бариевого сплава по данным [3] имеют больший процент выхода годных и более стабильны в эксплуатации. Однако, недостатками таких магнетронов по-прежнему остаются: применение дефицитных дорогостоящих материалов, особенно в случае изготовления катодов больших размеров для мощных приборов, и узкий диапазон рабочих температур катода 600-800°C. При температуре ниже 600°C испарение бария недостаточно для активирования автоэлектронного эмиттера, а при температуре более 800°C высокое испарение бария сокращает срок службы катода и прибора.
Технический эффект, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в полном исключении или значительном уменьшении использования дефицитных драгметаллов, расширении диапазона рабочих температур катодов, повышении надежности и долговечности магнетронов с безнакальным катодом.
4
13
5
Указанный технический эффект достигается благодаря тому, что в магнетроне с безнакальным катодом, содержащим анод и катод в виде цилиндрического керна с расположенными на нем кольцевыми чередующимися термо-вторично-эмиссионными и автоэмиссионными эмиттерами, термо-вторично-эмиссионные эмиттеры выполнены из спеченной смеси порошков, содержащей, по крайней мере, один из металлов - никель, железо, кобальт и, по крайней мере, один из интерметаллидов бария с медью, алюминием или палладием, при этом содержание бария в термо-вторично-эмиссионном эмиттере составляет 2-10% вес. В качестве интерметаллидов бария использованы вещества BaAl, BaCu, BaPd, а исходные порошки металлов и интерметаллидов бария имеют размер частиц 20-80 мкм.
4
13
5
Выбор порошков металлов из группы - никель, железо, кобальт обеспечивает снижение стоимости катода и магнетрона, а использование интерметаллидов бария в виде BaAl, BaCu и BaPd позволяет легко дробить их до частиц нужного размера и работать с ними на воздухе без окисления порошков. Применение таких материалов позволяет также расширить диапазон рабочих температур катодов до 500-900°C, что в свою очередь увеличивает возможность по расширению диапазона выходной мощности приборов.
Содержание бария в термо-вторично-электронном эмиттере 2-10% вес в сочетании с использованием исходных порошков с размером частиц 20-80 мкм позволяет получить пористую структуру термо-вторично-эмиссионных эмиттеров, обеспечивающую необходимую скорость испарения бария для активирования автоэлектронного эмиттера, а, следовательно, срок службы катода и магнетрона. При содержании бария менее 2% вес и использовании порошков с размером частиц менее 20 мкм структура термовторично-эмиссионного эмиттера слишком плотная, а скорость испарения бария недостаточна для оптимального активирования автоэлектронного эмиттера. При содержании бария более 10% вес и использовании порошков с размером частиц более 80 мкм структура термо-вторично-электрнного эмиттера слишком пористая, испарение бария велико, что нарушает электропрочность прибора и сокращает его срок службы.
На рисунке 1 представлена схема фрагмента магнетрона с безнакальным катодом. Магнетрон работает следующим образом. При начальном обезгаживании и прогреве технологическим подогревателем (5) термо-вторично-эмиссионного эмиттера (4) барий испаряется с него и активирует автоэлектронный эмиттер (3). Затем после включения магнетрона в рабочий режим, уже с выключенным технологическим подогревателем, автоэмиссионный эмиттер обеспечивает запуск прибора. В процессе работы магнетрона под действием электронной бомбардировки термо-вторично-эмиссионный эмиттер разогревается до рабочей температуры и обеспечивает дальнейшую стабильную работу прибора и т.д. после каждого включения.
-12
-6
2
Нами изготовлены и испытаны экспериментальные приборы для определения эмиссионных свойств катодов: работа выхода термо-вторично-эмиссионных эмиттеров равна 2,4±0,5 эВ, а коэффициент вторичной электронной эмиссии (КВЭЭ) 1,9-2,0 в диапазоне температур 500-900°C. При этом скорость испарения бария составляет 10-10 г/смсек, что должно обеспечить необходимую эмиссионную способность автоэлектронных эмиттеров.
В настоящее время проводятся испытания реальных магнетронов с такими безнакальными катодами.
1. Пипко Ю.А., Семенов Л.А., Галактионова И.А., Еремеева Г.А. Есаулов Н.П., Ильин. В.Н., Марголис Л.М. Магнетрон с безнакальным катодом. Патент РФ №2019877 приоритет от 17 апреля 1991 г.
2. Ли И.П., Дюбуа Б.Ч., Каширина Н.В., Комиссарчик С.В., Лифанов Н.Д., Зыбин М.Н. Магнетрон с безнакальным катодом. Патент РФ №2380784(13) C1 приоритет 24.10.2008.
3. И.П. Ли, С.В. Калушин, Пути совершенствования конструкции и технологии изготовления катодов малогабаритных магнетронов импульсного действия, XX юбилейная научно-техническая конференция «Вакуумная наука и техника», материалы конференции сентябрь 2013 год, стр. 243.