WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 9 Краткие сообщения 10;11;12 Быстрое формирование электронного пучка в магнетронной пушке с вторично-эмиссионным металлическим катодом © Ю.Я. Волколупов, А.Н. Довбня, В.В. Закутин, М.А. Красноголовец, Н.Г. Решетняк, В.П. Ромасько Харьковский государственный технический университет радиоэлектроники, 61726 Харьков, Украина (Поступило в Редакцию 30 октября 2000 г.) Проведено исследование начальной стадии формирования электронного слоя и генерации электронного пучка в магнетронных пушках при запуске вторично-эмиссионного процесса наносекундными импульсами.

В пушках с малыми поперечными размерами получены трубчатые пучки электронов наружным диаметром 3... 6 mm с током 1... 2 A при напряжении на катоде 5... 7 kV. Полученные результаты показывают возможность генерации импульсов тока пучка с наносекундной точностью.

Введение при проведении экспериментов изменять длительность спада от 2 до 600 ns и крутизну спада напряжения от В последние годы широкий интерес вызывает иссле- 20 до 1200 kV/µs. Магнитное поле напряженностью дование источников электронов с холодными катодами, H 3000 Oe создавалось соленоидом 4. Измерение тока работающими в режиме второчной эмиссии в скрещен- пучка и размеров пучка производилось на расстояниях ных электрическом и магнитном полях [1–4]. Интерес к до 180 mm от среза анода с помощью цилиндра Фаратаким источникам связан с рядом преимуществ (большое дея 7, выполненного в виде отрезка коаксиальной линии время жизни, высокая плотность тока, относительная длиной 40 cm, и резистора R4, равного волновому простота конструкции и т. д.), которые дают возмож- сопротивлению линии 18, измерение напряжения на ность использования магнетронных пушек с холодными катоде — с помощью делителя R1R2; размеров пучка — вторично-эмиссионными катодами при создании мощных с помощью отпечатка на рентгеновской пленке и на долговечных СВЧ источников [5] и быстродействующей молибденовой фольге. Магнетронная пушка с медным высоковольтной техники [6]. В работе проведено изуче- катодом и анодом из нержавеющей стали длиной 120 mm ние вопроса о времени формирования пространственно- размещается внутри вакуумной камеры 3, которая откаго заряда и временной стабильности генерации пучка в чивалась до давления 10-6 Torr.

магнетронных пушках в диапазоне 1... 10 ns.

При запуске вторично-эмиссионного процесса наносекундными импульсами необходимо учитывать искажения их формы в передающих цепях. На описанной Экспериментальная установка установке в цепях передачи импульса запуска вторичнои методики исследования эмиссионного размножения входят коаксиальный кабель, высоковольтный изолятор, вакуумная линия передачи, Эксперименты проводились на установке, схема коконструкция крепления анода пушки. С целью опредеторой приведена на рис. 1. Импульс отрицательления реальной формы наносекундного импульса запусной полярности Uc от модулятора 1, формирующего прямоугольный импульс напряжения с амплитудой 4... 100 kV, длительностью 2... 10 µs и частотой следования 10... 50 Hz, подается на катод 5 пушки, а ее анод 6 заземлен через резистор R3. Запуск вторично-эмиссионного процесса осуществлялся спадом импульса напряжения. В одном случае использовалось два импульсных генератора 2: первый — с амплитудой напряжения U = 2... 15 kV и длительностью спада 70 ns, второй — с амплитудой импульса 3.5 kV на нагрузке 50 и длительностью фронта и спада импульса 1 ns. В другом случае для запуска вторичноэмиссионного размножения использовался спад (длительностью 0.6 µs) специально сформированного выброса на вершине импульса напряжения [5]. Это позволяло Рис. 1. Схема экспериментальной установки Быстрое формирование электронного пучка в магнетронной пушке с вторично-эмиссионным... Рис. 2. Осциллограммы запускающего импульса между катодом и анодом пушки. Длительность, ns: 1 —2, 2 — 11.

ка были проведены измерения его параметров между анодом и катодом пушки с учетом влияния паразитных индуктивностей и емкостей. На рис. 2 приведены осциллограммы импульсов, полученные для двух случаев.

В первом случае длительность импульса генератора составляла 2ns, а во втором — 6 ns. Сигналы регистрировались осциллографом И2-7 (полоса пропускания Рис. 3. Осциллограммы импульсов тока пучка на цилиндре 3000 MHz). Осциллограммы показывают, что коротФарадея (4) и катодного напряжения без пучка (1) и с подгрузкий импульс практически не изменил форму, его время кой током пучка (2). Момент подачи запускающего импульса спада составляло 2 ns, а более длинный деформировал- показан стрелкой 3.

ся и время спада его увеличилось и составляло 11 ns.

Экспериментальные результаты множения осуществлялся импульсами с наносекундной длительностью спада (рис. 2) и крутизной спада более и их обсуждение 300 kV/µs. В этих экспериментах электронный пучок Исследование генерации пучка производилось при возникал через 1.5... 2 ns в первом случае и через различных параметрах импульса запуска вторично- 10 ns во втором случае после спада амплитуды имэмиссионного размножения. В экспериментах, выполнен- пульса запуска. Это также наблюдалось по ”подгрузке” ных при длительности спада импульса запуска 0.6 µs импульса напряжения на катоде (рис. 3). На этом и крутизне спада 20... 50 kV/µs, начало процессов рисунке приведены типичные осциллограммы импульсов вторично-эмиссионного размножения и генерации пучка напряжения на катоде и тока пучка с цилиндра Фарадея, происходило через промежуток времени 100... 500 ns полученного в магнетронной пушке (диаметр катода (в зависимости от условий эксперимента) от начала 2 mm, диаметр анода 10 mm). При этом временная неспада импульса напряжения. При такой небольшой кру- стабильность начала импульса тока пучка не превышает тизне спада количество первичных электронов должно длительности спада импульса запуска и достигает единиц быть значительным, так как лишь небольшая часть этих наносекунд.

электронов набирает энергию, достаточную для процесса В таблице приведены результаты исследований. Здесь:

вторично-эмиссионного размножения. Поэтому процесс dc, Da — соответственно диаметры катода и анода пушки;

накопления первичных электронов в этом случае дли- Uc — напряжение на катоде; I — ток пучка; U, —сотельный по времени и носит статистический характер ответственно амплитуда и длительность спада импульса с разбросом десятки наносекунд, что определяет вре- запуска; H — магнитное поле. В процессе измерений менную нестабильность начала токового импульса и амплитуда напряжения на катоде изменялась в предеэнергетический разброс частиц в пучке. С другой сто- лах, ограниченных развитием пробоя между катодом и роны, длительность фронта импульса тока пучка опреде- анодом пушки (в зависимости от конфигурации пушки ляется также крутизной спада запускающего импульса, максимальная амплитуда составляла 15... 25 kV). В тапоэтому в этих экспериментах длительность фронта импульса тока пучка составляла десятки наносекунд. Для улучшения временной стабильности, сокращения дли- № dc, mm Da, mm Uc, kV I, A H, Oe U, kV, ns тельности фронта импульса и уменьшения разброса энер- пушки гий электронов пучка необходимо увеличивать крутизну 1 2 7 7 1.9 3000 2.4 спада импульса запуска и уменьшать его длительность.

2 2 10 5 0.8 1900 4 С этой целью были проведены эксперименты, при 3 2 10 7 1.6 2100 3 4 3 14 8 2.3 1400 3 которых запуск процесса вторично-эмиссионного разЖурнал технической физики, 2001, том 71, вып. 136 Ю.Я. Волколупов, А.Н. Довбня, В.В. Закутин, М.А. Красноголовец, Н.Г. Решетняк, В.П. Ромасько блице указаны значения той минимальной амплитуды Выводы напряжения, при которой еще сохраняется генерация Таким образом, проведенные эксперименты показали, пучка, что представляет интерес с практической точчто возможно накопление облака пространственного заки зрения, поскольку характеризует те минимальные ряда и генерации электронного пучка в магнетронной значения напряжения, при которых происходит процесс пушке с вторично-эмиссионным катодом за время 2ns.

вторично-эмиссионного размножения и генерации пучка.

Это позволяет осуществлять синхронизацию импульсов Это связано с тем, что для медного катода энергия тока пучка с наносекундной точностью. При напряжении первичных электронов, бомбардирующих катод, должна на катоде 5... 7 kV и магнитном поле 1900... 3000 Oe быть 0.4... 0.6 keV. При этих энергиях электронов получены трубчатые пучки электронов с током 1... 2A коэффициент вторичной эмиссии достигает максимума и и наружным диаметром 3... 6 mm.

процессы вторично-эмиссионного размножения протекают весьма интенсивно. В этом случае энергия первичных электронов составляет 10% от энергии электронов на Список литературы выходе пушки, что представляет интерес с точки зрения формирования и устойчивости электронного слоя, а так[1] Ломакин В.М., Панченко Л.В. // Электронная техника.

же электронного пучка со значительным энергетическим Сер. 1. 1970. № 2. С. 33–42.

разбросом частиц. [2] Skowron J.F. // Proc. IEEE. 1973. Vol. 61. N 3. P. 69–101.

Исследование генерации пучка в зависимости от кру- [3] Черенщиков С.А. // Электронная техника. Сер. 1. 1973. № 6.

С. 20–28, тизны спада показало, что эта зависимость имеет поро[4] Dovbnya A.N., Zakutin V.V., Reshetnyak N.G. et al. // Proc.

говый характер. При наносекундной длительности спада the 5th EPAC / Ed. Myers A. Pacheco, R. Rascual et al. Bristol для устойчивой генерации пучка крутизна спада должна and Philadelphia: Institute of Physics Publishing, 1996. Vol. 2.

иметь значительно большую величину, чем при большой P. 1508–1509.

длительности спада. Так, запуск магнетронной пушки 1 и [5] Zakutin V.V., Dovbnya A.N., Reshetnyak N.G. et al. // генерация пучка происходили при крутизне спада более Proc. 1997. PAC / Ed. M. Comyn, M.K. Craddok, M. Reiser, 1000 kV/µs, а для магнетронной пушки 2 — при крутизне J. Thomson. Vancouver, 1997. Vol. 3. P. 2820–2822.

спада более 300 kV/µs, что более чем на порядок превы[6] Вишневский А.И., Солдатенко А.И., Шендаков А.И. // Изв.

шает значения крутизны, полученные для длительности вузов. Сер. Радиоэлектроника. 1968. Т. 11. № 6. С. 555–564.

спада 0.6 µs. Аналогичные зависимости получены для [7] Агафонов А.В., Тараканов В.П., Федоров В.М. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Ядерно-физические исслемагнетронных пушек 3 и 4.

дования. 1997. Т. 1. Вып. 2, 3 (29, 30). С. 134–140.

При запуске пушки наносекундным спадом импульса [8] Агафонов А.В., Тараканов В.П., Федоров В.М. // Вопросы напряжения улучшается энергетический спектр пучка за атомной науки и техники. Сер. Ядерно-физические исслесчет уменьшения количества высокоэнергетичных элекдования (35). 1999. № 4. С. 11–13.

тронов, образованных на спадающей части импульса и малой его амплитуды.

Экспериментальные результаты находятся в удовлетворительном согласии с результатами численного моделирования процессов формирования электронного слоя в скрещенных полях. Расчеты, проведенные в данной работе, а также в работах [7,8], показывают, что электроны на спаде напряжения импульса запуска за время 1... 2 ns могут набирать энергию, достаточную для развития процесса вторично-эмиссионного размножения.

при таком быстром спаде напряжения число первичных электронов невелико, однако за счет большой крутизны спада импульса напряжения они за небольшое число гиропериодов приобретают достаточно большую энергию, при которой коэффициент вторичной эмиссии больше единицы и процесс вторично-эмиссионного размножения идет достаточно интенсивно.

Измерение поперечных размеров пучка показало, что в обоих случаях пучки в поперечном сечении имеют вид колец с равномерным распределением интенсивности по азимуту, с внутренним диаметром, примерно равным диаметру катода, и с толщиной ”стенки” 1... 1.5 mm.

Например, пучок магнетронной пушки 2 на расстоянии 180 mm от среза анода имел наружный диаметр 4 mm и внутренний 2 mm.

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.