Исследование генерации электронных пучков в миниатюрных магнетронных пушках с вторично–эмиссионным катодом с внешним запуском
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Datum: | 1999 |
| Hauptverfasser: | , , , , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
1999
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79581 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Исследование генерации электронных пучков в миниатюрных магнетронных пушках с вторично–эмиссионным катодом с внешним запуском / Н.И. Айзацкий, П.И. Гладких, А.Н. Довбня, В.В. Закутин, М.А. Красноголовец, В.А. Кушнир, В.В. Митроченко, Н.Г. Решетняк, В.П. Ромасько, Ю.Д. Тур // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 1. — С. 88-90. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859681218175434752 |
|---|---|
| author | Айзацкий, Н.И. Гладких, П.И. Довбня, А.Н. Закутин, В.В. Красноголовец, М.А. Кушнир, В.А. Митроченко, В.В. Решетняк, Н.Г. Ромасько, В.П. Тур, Ю.Д. |
| author_facet | Айзацкий, Н.И. Гладких, П.И. Довбня, А.Н. Закутин, В.В. Красноголовец, М.А. Кушнир, В.А. Митроченко, В.В. Решетняк, Н.Г. Ромасько, В.П. Тур, Ю.Д. |
| citation_txt | Исследование генерации электронных пучков в миниатюрных магнетронных пушках с вторично–эмиссионным катодом с внешним запуском / Н.И. Айзацкий, П.И. Гладких, А.Н. Довбня, В.В. Закутин, М.А. Красноголовец, В.А. Кушнир, В.В. Митроченко, Н.Г. Решетняк, В.П. Ромасько, Ю.Д. Тур // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 1. — С. 88-90. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| first_indexed | 2025-11-30T18:25:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.384
Исследование генерации электронных пучков в миниатюрных
магнетронных пушках с вторично-эмиссионным катодом с внешним
запуском
Н.И.Айзацкий, П.И.Гладких, А.Н.Довбня, В.В.Закутин, М.А.Красноголовец, В.А.Кушнир,
В.В.Митроченко, Н.Г.Решетняк, В.П.Ромасько, Ю.Д.Тур
НИК “Ускоритель” ННЦ ХФТИ, г. Харьков
1. ВВЕДЕНИЕ
Проблема повышения импульсной и средней мощ-
ности СВЧ-источников, увеличения их долговечности
тесно связана с разработкой электронных пушек с
ненакаливаемым катодом [1-4]. Как известно,
магнетронные пушки, в которых используется
холодный вторично-эмиссионный металлический
катод, характеризуется большим временем жизни [2]
и высокой плотностью [4-6] эмиссии электронов с
катода, относительной простотой конструкции и
могут быть использованы для решения этой
проблемы. Кроме того, магнетронные пушки с
вторичноэмиссионным катодом представляют интерес
при создании электронных пушек для ускорителей [7]
и быстродействующей высоковольтной импульсной
техники [8]. Несмотря на все эти преимущества,
имеется недостаточное количество как экспери-
ментальных, так и теоретических работ по объяс-
нению некоторых эффектов, связанных с генерацией
пучка. Одним из слабо изученных является, в
частности, вопрос об условиях и времени накопления
пространственного заряда [9, 10].
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
Данная работа посвящена экспериментальному
исследованию формирования пучков и измерению их
параметров при наносекундных временах спада
запускающего импульса, численным расчетам
Рис. 1. Схема экспериментальной установки.
траекторий электронов в магнетронных пушках при
запуске вторично-эмиссионного процесса спадом
импульса напряжения от внешнего генератора.
Эксперименты проводились на установке, схема
которой приведена на рис. 1. Пушка питается от
модулятора, формирующего прямоугольный импульс
напряжения амплитудой 4...100 кВ, длительность
импульса 2...10 мкс, частота следования импульсов
10...50 Гц. Импульс отрицательной полярности
подается на катод 3 пушки, а ее анод 4 заземлен. Для
запуска вторично-эмиссионного процесса
использовался внешний импульсный генератор 2 с
амплитудой напряжения 1,5...15 кВ и длительностью
спада от 1,5 до 70 нс, что позволяло изменять
крутизну спада напряжения от 50 до 1500 кВ/мкс.
Магнитное поле создавалось соленоидом 5 с
напряженностью магнитного поля до 3000 Э с
неоднородностью в продольном направлении~±8%.
На рис. 2 приведено распределение напряженности
магнитного поля вдоль оси соленоида и показано
расположение магнетронной пушки и цилиндра
Фарадея. Измерение тока пучка производилось с
помощью цилиндра Фарадея 7 и резистора R4, а
размеров пучка - с помощью отпечатка на
рентгеновской пленке и на молибденовой фольге.
88
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ 1999, № 1.
СЕРИЯ: ЯДЕРНО−ФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ (33).
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
10 20 30 40 50
Z (cm)
H
(Ý
)
ÖÔ À Ê
Рис. 2. Распределение магнитного поля вдоль оси
соленоида и расположение пушки в нем (ЦФ -
цилиндр Фарадея, А - анод, К - катод).
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Была изучена зависимость параметров элек-
тронного пучка от размеров пушки в пределах
изменения диаметра катода 1...3 мм и диаметра анода
от 5 до 14 мм. Исследования показали, что запуск
пушки происходит только на спаде запускающего
импульса. Ток можно было генери-
- 8
- 6
- 4
- 2
0
0 5 1 0 1 5
t ( ì ê ñ )
U ( ê Â )
2
1
2
1 . 6
1 . 2
0 . 8
0 . 4
5 1 0 1 5
0
1
2
0 5 1 0 1 5
t ( ì ê ñ )
I ( A )
4
Рис. 3. Осцилограммы импульсов напряжения (1 -
х.х. модулятоа, 2 - при генерации пучка), 3 -
затравочный импульс, 4 - ток пучка.
ровать в различные моменты времени на плато
импульса напряжения путем изменения времени
начала запуска вторичной эмиссии. Типичные
осциллограммы импульсов напряжения на катоде,
импульса запуска вторичной эмиссии и тока пучка с
цилиндра Фарадея приведены на рис. 3. Измерение
зависимости тока пучка от крутизны спада показало,
что эта зависимость имеет пороговый характер. Так
запуск магнетронной пушки (диаметр катода 2 мм,
диаметр анода 7 мм) при напряжении на катоде ~7 кВ
происходил только при крутизне спада более
1000 кВ/мкс (амплитуда напряжения запускающего
импульса ~2,4 кВ, длительность спада ~2 нс). При
минимальном значении напряжения на катоде ~7 кВ и
магнитном поле ~3000 Э получен электронный пучок
с током ~2 А. При запуске магнетронной пушки
другой геометрии (диаметр катода - 2 мм, диаметр
анода -10 мм) минимальная крутизна спада при
которой происходит генерация пучка при
минимальном напряжении на катоде 5 кВ, составляет
~300 кВ/мкс (амплитуда напряжения запускающего
импульса 4 кВ, длительность спада 13 нс). При этом
получен ток электронного пучка 0,7...0,9 А, а
магнитное поле было ~1900 Э.
Полученные экспериментальные результаты
показывают, что в первом случае электронный пучок
возникает через ~1,5...2 нс, а во втором ~10 нс после
спада амплитуды импульса запуска. Это также
наблюдалось по “подгрузке” импульса напряжения на
катоде (см. рис. 3). При этом временная
нестабильность начала импульса тока пучка не
превышает длительности импульса запуска и может
достигать единиц наносекунд. В этих экспериментах
магнитное поле изменялось в соответствии с
изменением электрического и выбиралось
оптимальным, с точки зрения генерации пучка. При
этом генерация электронного пучка происходила в
узких пределах изменения магнитного поля ±10%.
При изменении поперечных размеров пучка было
обнаружено, что в обоих случаях пучки в поперечном
сечении имеют вид колец с равномерным
89
распределением интенсивности по азимуту, с
внутренним диаметром примерно равным диаметру
катода с толщиной “стенки” 1...1,3 мм. Измерение
размеров пучка производилось на расстоянии 180 мм
от среза анода. При этом, как следует из кривой (см.
рис. 2), магнитное поле вблизи расположения
рентгеновской пленки уменьшалось примерно в 1,8
раза, по сравнению с напряженностью магнитного
поля, в области которой находится магнетронная
пушка. Приведенные результаты показывают, что
электронный пучок достаточно сильно замагничен,
поскольку при движении в спадающем дефо-
кусирующем магнитном поле его размеры
практически не изменяются, по сравнению с
размерами на расстоянии 5 см за срезом анода. Это
может быть использовано при инжекции
электронного пучка из магнетронной пушки в другие
системы.
Расчеты, выполненные в одночастичном
приближении, подтверждают выше приведенные
результаты. Они показывают, что электроны, выйдя
из катода на спаде напряжения импульса запуска,
могут набирать энергию больше 300 эВ, достаточную
для вторично-эмиссионного размножения за время
1 нс, что не противоречит расчетам, выполненным в
работе [9] для цилиндрического магнетронного диода
с вторично-эмиссионным катодом. В этом случае
количество первичных электронов невелико, но
поскольку крутизна спада велика, то процесс
вторично-эмиссионного размножения идет
достаточно эффективно.
Следует заметить, что в экспериментах, выполнен-
ных с магнетронными пушками, в пределах изменения
диаметра катода от 5 мм до 30 мм и диаметра анода от
26 мм до 140 мм в режиме автозапуска [4], при
крутизне спада 20...50 кВ/мкс, запуск пушки
происходил через время 100...500 нс (в зависимости
от условий эксперимента) от начала спада импульса
напряжения. В этом случае для создания электронного
слоя пространственного заряда необходимо накопить
значительное число первичных электронов. Поэтому
процесс накопления в этом случае более длительный
по времени и носит статистический характер с
разбросом десятки наносекунд, что и определяет
временную нестабильность начала токового импульса.
В таблице приведены результаты исследований
различных типов магнетронных пушек как в режиме
запуска вторичной эмиссии от внешнего импульсного
генератора, так и в режиме автозапуска.
Дк1,
mm
Да1,
mm
Uк,
kV
I,
A
B,
T
U,
kV
τ,
нс
2 7 7 1.9 0.3 2.4 2
2 10 5 0.8 0.19 4 13
2 10 7 1.6 0.21 3 11
3 14 8 2.3 0.14 3 14
4. ВЫВОДЫ
Проведенные исследования показали, что
возможно накопление пространственного заряда за
время 1,5...2 нс и получение электронного пучка при
напряжении на катоде 5...7 кВ. Получены трубчатые
пучки электронов с током 1...2 А (напряжение
5...7 кВ) с внутренним диаметром 2 мм и наружным
3...3,5 мм. При этом магнитное поле составляло
1900...3000 Э.
Литература
1. Ломакин В.М., Панченко Л.В. Электронная
техника, сер. 1; Электроника СВЧ, 1970, вып.
2, с. 33-42.
2. Skowron J.F. Proc. of the IEE 1973, v. 61, #3, p. 69-
101.
3. Черенщиков С.А. Электронная техника, сер. 1;
Электроника СВЧ, 1973, вып. 6, с. 20-28.
4. Dovbnya A.N. et al. Proc. of the Fifth EPAC 10-14
June 1996, vol. 2, p. 1508-1509.
5. Dovbnya A.N. et al. Abstract of PAC-97, Vancouver,
1997, v. 42, N 3, p. 1235.
6. Довбня А.Н. и др. ВАНТ, 1997, сер.: Ядерно-
физические исследования, вып. 2,3 (29, 30),
том 1, с. 204-206.
7. Иванов Г.М., Черенщиков С.А. Тезисы докладов
13го Харьковского семинара по линейным
ускорителям заряженных частиц, (Харьков,
25-28 мая 1993 г.), Харьков, 1993, с. 27.
8. Вишневский А.И., и др. Известия вузов, сер.
Радиоэлектроника, 1968, т. 11, №6, с. 555 -
564.
9. Агафонов А.В. и др. ВАНТ, 1997, сер.: Ядерно-
физические исследования, вып. 2,3 (29, 30),
том 1, с. 134-140.
10. Чурюмов Г.И. Радиоэлектроника, 1997, №7, с. 77
- 80
. Статья поступила: в редакцию 15 мая 1998 г.,
в издательство 1 июня 1998 г.
90
1. ВВЕДЕНИЕ
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
4. Выводы
Литература
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-79581 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T18:25:42Z |
| publishDate | 1999 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Айзацкий, Н.И. Гладких, П.И. Довбня, А.Н. Закутин, В.В. Красноголовец, М.А. Кушнир, В.А. Митроченко, В.В. Решетняк, Н.Г. Ромасько, В.П. Тур, Ю.Д. 2015-04-03T13:00:30Z 2015-04-03T13:00:30Z 1999 Исследование генерации электронных пучков в миниатюрных магнетронных пушках с вторично–эмиссионным катодом с внешним запуском / Н.И. Айзацкий, П.И. Гладких, А.Н. Довбня, В.В. Закутин, М.А. Красноголовец, В.А. Кушнир, В.В. Митроченко, Н.Г. Решетняк, В.П. Ромасько, Ю.Д. Тур // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 1. — С. 88-90. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79581 621.384 ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Техника ускорения электронов Исследование генерации электронных пучков в миниатюрных магнетронных пушках с вторично–эмиссионным катодом с внешним запуском Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование генерации электронных пучков в миниатюрных магнетронных пушках с вторично–эмиссионным катодом с внешним запуском Айзацкий, Н.И. Гладких, П.И. Довбня, А.Н. Закутин, В.В. Красноголовец, М.А. Кушнир, В.А. Митроченко, В.В. Решетняк, Н.Г. Ромасько, В.П. Тур, Ю.Д. Техника ускорения электронов |
| title | Исследование генерации электронных пучков в миниатюрных магнетронных пушках с вторично–эмиссионным катодом с внешним запуском |
| title_full | Исследование генерации электронных пучков в миниатюрных магнетронных пушках с вторично–эмиссионным катодом с внешним запуском |
| title_fullStr | Исследование генерации электронных пучков в миниатюрных магнетронных пушках с вторично–эмиссионным катодом с внешним запуском |
| title_full_unstemmed | Исследование генерации электронных пучков в миниатюрных магнетронных пушках с вторично–эмиссионным катодом с внешним запуском |
| title_short | Исследование генерации электронных пучков в миниатюрных магнетронных пушках с вторично–эмиссионным катодом с внешним запуском |
| title_sort | исследование генерации электронных пучков в миниатюрных магнетронных пушках с вторично–эмиссионным катодом с внешним запуском |
| topic | Техника ускорения электронов |
| topic_facet | Техника ускорения электронов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79581 |
| work_keys_str_mv | AT aizackiini issledovaniegeneraciiélektronnyhpučkovvminiatûrnyhmagnetronnyhpuškahsvtoričnoémissionnymkatodomsvnešnimzapuskom AT gladkihpi issledovaniegeneraciiélektronnyhpučkovvminiatûrnyhmagnetronnyhpuškahsvtoričnoémissionnymkatodomsvnešnimzapuskom AT dovbnâan issledovaniegeneraciiélektronnyhpučkovvminiatûrnyhmagnetronnyhpuškahsvtoričnoémissionnymkatodomsvnešnimzapuskom AT zakutinvv issledovaniegeneraciiélektronnyhpučkovvminiatûrnyhmagnetronnyhpuškahsvtoričnoémissionnymkatodomsvnešnimzapuskom AT krasnogolovecma issledovaniegeneraciiélektronnyhpučkovvminiatûrnyhmagnetronnyhpuškahsvtoričnoémissionnymkatodomsvnešnimzapuskom AT kušnirva issledovaniegeneraciiélektronnyhpučkovvminiatûrnyhmagnetronnyhpuškahsvtoričnoémissionnymkatodomsvnešnimzapuskom AT mitročenkovv issledovaniegeneraciiélektronnyhpučkovvminiatûrnyhmagnetronnyhpuškahsvtoričnoémissionnymkatodomsvnešnimzapuskom AT rešetnâkng issledovaniegeneraciiélektronnyhpučkovvminiatûrnyhmagnetronnyhpuškahsvtoričnoémissionnymkatodomsvnešnimzapuskom AT romasʹkovp issledovaniegeneraciiélektronnyhpučkovvminiatûrnyhmagnetronnyhpuškahsvtoričnoémissionnymkatodomsvnešnimzapuskom AT turûd issledovaniegeneraciiélektronnyhpučkovvminiatûrnyhmagnetronnyhpuškahsvtoričnoémissionnymkatodomsvnešnimzapuskom |