Исследование генерации электронных пучков в магнетронных пушках с холодными вторично–эмиссионными катодами
Настоящая работа посвящена обзору исследований по получению и измерению параметров электронных пучков и некоторых режимов работы магнетронных пушек с вторичноэмиссионными катодами....
Збережено в:
| Дата: | 1999 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
1999
|
| Назва видання: | Вопросы атомной науки и техники |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79584 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование генерации электронных пучков в магнетронных пушках с холодными вторично–эмиссионными катодами / В.В. Закутин // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 1. — С. 91-94. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-79584 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-795842025-02-09T15:28:47Z Исследование генерации электронных пучков в магнетронных пушках с холодными вторично–эмиссионными катодами Закутин, В.В. Техника ускорения электронов Настоящая работа посвящена обзору исследований по получению и измерению параметров электронных пучков и некоторых режимов работы магнетронных пушек с вторичноэмиссионными катодами. 1999 Article Исследование генерации электронных пучков в магнетронных пушках с холодными вторично–эмиссионными катодами / В.В. Закутин // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 1. — С. 91-94. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79584 621.384.6 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Техника ускорения электронов Техника ускорения электронов |
| spellingShingle |
Техника ускорения электронов Техника ускорения электронов Закутин, В.В. Исследование генерации электронных пучков в магнетронных пушках с холодными вторично–эмиссионными катодами Вопросы атомной науки и техники |
| description |
Настоящая работа посвящена обзору исследований по получению и измерению параметров электронных пучков и некоторых режимов работы магнетронных пушек с вторичноэмиссионными катодами. |
| format |
Article |
| author |
Закутин, В.В. |
| author_facet |
Закутин, В.В. |
| author_sort |
Закутин, В.В. |
| title |
Исследование генерации электронных пучков в магнетронных пушках с холодными вторично–эмиссионными катодами |
| title_short |
Исследование генерации электронных пучков в магнетронных пушках с холодными вторично–эмиссионными катодами |
| title_full |
Исследование генерации электронных пучков в магнетронных пушках с холодными вторично–эмиссионными катодами |
| title_fullStr |
Исследование генерации электронных пучков в магнетронных пушках с холодными вторично–эмиссионными катодами |
| title_full_unstemmed |
Исследование генерации электронных пучков в магнетронных пушках с холодными вторично–эмиссионными катодами |
| title_sort |
исследование генерации электронных пучков в магнетронных пушках с холодными вторично–эмиссионными катодами |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
1999 |
| topic_facet |
Техника ускорения электронов |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79584 |
| citation_txt |
Исследование генерации электронных пучков в магнетронных пушках с холодными вторично–эмиссионными катодами / В.В. Закутин // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 1. — С. 91-94. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT zakutinvv issledovaniegeneraciiélektronnyhpučkovvmagnetronnyhpuškahsholodnymivtoričnoémissionnymikatodami |
| first_indexed |
2025-11-27T10:10:12Z |
| last_indexed |
2025-11-27T10:10:12Z |
| _version_ |
1849937854586683392 |
| fulltext |
УДК 621.384.6
Исследование генерации электронных пучков в магнетронных пушках
с холодными вторичноэмиссионными катодами
В.В.Закутин
НИК “Ускоритель” ННЦ ХФТИ, г. Харьков
1. ВВЕДЕНИЕ
В последние годы широкий интерес вызывает
исследование источников электронов с холодными
катодами, работающих в режиме вторичной эмиссии
[1-3].Интерес к таким источникам связан с рядом
преимуществ (большое время жизни, высокая
плотность тока, относительная простота конструкции
и т.д.), которые дают возможность использования
магнетронных пушек с холодными
вторичноэмиссионными катодами при создании
мощных долговечных СВЧ-источников [14] и
быстродействующей высоковольтной импульсной
технике [15]. Принцип работы магнетронной пушки
основан на обратной бомбардировке катода (при
спаде напряжения) электронами, накопленными в
промежутке между анодом и катодом,
вторичноэмиссионном размножении электронов,
создании электронного облака и выводе электронов из
пушки. Эти вопросы изучались различными авторами
[1-4]. Тем не менее имеется недостаточное количество
как экспериментальных так и теоретических работ по
исследованию различных аспектов генерации пучка.
Настоящая работа посвящена обзору исследований по
получению и измерению параметров электронных
пучков и некоторых режимов работы магнетронных
пушек с вторичноэмиссионными катодами.
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Экспериментальное исследование генерации пучка
производилось на установке, схема которой приведена
на рис. 1.
Установка содержит:
• - высоковольтный импульсный модулятор 1
(амплитуда напряжения 5...200 кВ, длительность
импульса 2...10 мкс, частота следования импульсов
10...50 Гц;
• - высоковольтный генератоор 2 для запуска
вторичной эмиссии: в первом случае с амплитудой
запускающего импульса до 15 кВ и длительностью
~70 нс, во втором случае с амплитудой до 3,5 кВ и
длительностью 1...10 нс (генератооор мощных
наносекундных импульсов Г5-39);
• - фокусирующий соленоид 4 с напряженностью
магнитного поля до 3500 Э с неоднородностью в
продольном направлении ~8%;
• - вакуумную камеру 3 с втооричноэмиссионной
пушкой коаксиального типа с центральным
медным катодом 5 и трубчатым анодом из
нержаввеющей стали, давление в камере
поддерживается магниторазрядным насосом на
уровне 10-6 Торр;
• - систему индикации - датчиков тока и напряжения,
цилиндра Фарадея 7 с калориметрическим
измерителем мощности. Измерение энергии
электронов производилось методом поглощения в
алюминиевой фольге. Измерение размеров пучка с
помощью отпечатка на рентгеновской пленке и на
молибденовой фольге;
• - систему синхронизации.
Исследование параметров электронного пучка,
формируемого магнетронной пушкой, питаемой от
модулятора, производилось с частотой следования
импульсов 10...50 Гц.
В экспериментах запуск вторичной эмиссии
осуществлялся как внешним импульсом напряжения,
подаваемым на анод пушки от отдельных импульсных
источников (U=1...15 кВ, tспада ~1...100 нс, так и
спадом специально сформированного выброса в
начальной части импульса напряжения на катоде
амплитуда которого изменялась от 25 кВ до 200 кВ.
Длительность спада составляла ~1 мкс (Рис. 3). Были
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ 1999, № 1.
СЕРИЯ: ЯДЕРНО−ФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ (33).
91
Рис.1. Схема экспериментальной установки.
изучены параметры электронного пучка в пушках с
диаметром катода изменяемым от 1 до 80 мм,
диаметра анода - от 7 до 140 мм, длины электродов -
от 40 до 140 мм.
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ
ОБСУЖДЕНИЕ
При проведении исследований были изучены
параметры электронных пучков в пределах изменения
диаметра катода d от 2 до 80 мм, диаметра анода D от
10 до 140 мм, длины электродов от 40 до 140 мм. В
таблице 1 приведены значения токов пучка I на
цилиндре Фарадея и напряжения на катоде Uк пушки
при различных диаметрах анода и катода [10].
Таблица 1
d, мм D, мм U, кВ I, A B, T
5 26 32 14 0,19
5 50 60 1 0,14
5 50 60 10 0,20
5 78 26 0,6 0,04
16 26 10 6 0,16
16 50 17 5 0,06
40 50 11 18 0,17
80 100 19 8 0,11
Эксперименты показали важную роль тренировки
катода. В первое время после генерации тока пучка
наблюдались выбросы на токе пучка с цилиндра
Фарадея [7], связанные с десорбцией газа с
поверхности катода. По мере тренировки выбросы
смещались к концу импульса и затем полностью
исчезали; в дальнейшем ток пучка на цилиндре
Фарадея практически не изменялся.
Исследования показали, что запуск
вторичноэмиссионного процесса происходит только
на спаде импульса напряжения [5]. Измерение
зависимости тока пучка от крутизны спада показало,
что эта зависимость носит пороговый характер [6] и
зависит от амплитуды напряжения на катоде пушки,
при этом выше порога генерации амплитуда тока
пучка практически не изменяется при дальнейшем
увеличении крутизны спада.
Исследована зависимость тока пучка от
электрического и магнитного полей в пушке.
Исследована зависимость тока пучка на цилиндре
Фарадея от амплитуды импульса напряжения на
катоде. При изменении амплитуды катодного
импульса ток пучка изменялся по закону “3/2”,
причем значение напряженности магнитного поля
подбиралось оптимальным для каждого значения
напряжения на катоде [5] (рис. 2). Исследован
диапазон генерации пучка при фиксированном
значении магнитного поля при изменении амплитуды
напряжения на катоде. При постоянном значении
магнитного поля генерация электронного пучка
сохраняется при изменении амплитуды напряжения на
±10% от оптимального значения [5]. Исследован
диапазон генерации пучка при изменении магнитного
поля и фиксированном значении амплитуды импульса
напряжения на катоде. Измерения показали, что
изменение напряженности магнитного поля на ±30%
от среднего значения приводит к срыву генерации
пучка [8]. Однако следует отметить, что при большом
расстоянии анод-катод эта зависимость становится
более плавной и ток пучка может увеличиваться в 10
раз при изменении магнитного поля от 0,14 до 0,2 Т
(см. табл.1, d = 5 мм, D = 50 мм). Это может быть
объяснено тем, что при уменьшении магнитного поля
увеличивается Ларморовский радиус и электронный
слой смещается ближе к аноду [11]. При этом
изменяется концентрация электронов, что приводит к
изменению тока пучка. В экспериментах показано, что
генерация пучка происходит при величине дрейфовой
скорости электронов vдр = (0,1...0,2) с в зависимости
от условий эксперимента. Осциллограммы импульсов
напряжения и тока пучка приведены на рис.3.
Исследована зависимость тока пучка от
поперечных размеров электродов. На рис. 4 показан
ток пучка как функция диаметра катода при
постоянном зазоре анод-катод. Анализ этих
зависимостей дает возможность утверждать, что ток
пучка возрастает обратно пропорционально
логарифму отношения диаметров анода к катоду. что
согласуется с зависимостью полученной для
классических магнетронов [9]. Из рис. 4 видно, что с
увеличением межэлектродного промежутка ток пучка
уменьшается, однако при этом требуются меньшие
магнитные поля (см. табл.1), что обличает требования
к соленоиду 4 (см. рис. 1). Кроме того, это дает
возможность конструирования магнетронной пушки с
заданными параметрами. Плотность тока в пушке
составляла ~50 А/см2, при этом пучки имели в
поперечном сечении вид колец с внутренним
92
Рис. 2. Зависимость тока пучка от напряжения на
катоде.
диаметром примерно равным диаметру катода с
толщиной “стенки” ~2 мм.
Проведено измерение энергии частиц пучка
методом поглощения в алюминиевой фольге.
Например, для магнетронной пушки с диаметром
катода 5 мм, диаметром анода 26 мм при амплитуде
импульса напряжения на катоде 39 кВ средняя
энергия частиц составляет »32 кэВ, что может быть
объяснено влиянием накопленного пространственного
заряда на распределение потенциала в промежутке
анод-катод. Согласно проведенным расчетам это
изменение может составлять (20...40)%. Оценки,
проведенные исходя из толщины стенки кольцевого
пучка (»2 мм), показывают, что энергетический
разброс в пучке может достигать ~1 кэВ.
Исследован режим генерации нескольких сгустков
в одном импульсе напряжения [6]. Как отмечалось [8],
отклонение электрического или магнитного поля от
оптимального значения может привести к срыву
генерации пучка. Если промодулировать вершину
импульса напряжения на катоде (рис. 5, 6)
колебаниями достаточно большой амплитуды, то
импульс тока будет иметь вид сгустков,
расположенных по времени в тех
местах, где напряжение имеет спад. В чвстности, при
диаметре катода 40 мм, анода - 78 мм, магнитном
поле 700 Э получено 4 сгустка длительностью ~1 мкс
при длительности импульса напряжения ~8 мкс.
Следует отметить, что в экспериментах был
обнаружен режим, при котором длительность
сгустков составляла ~10 нс с периодом следования
~10 нс при длительности импульса напряжения на
катоде ~2 мкс. Это согласуется с [12, 13], где
проведены расчеты и оценки, показывающие
возможность наносекундных времен формирования
электронного слоя в магнетронах.
Измерение анодного тока показало, что его
форма соответствует форме импульса тока на
цилиндре Фарадея. а амплитуда не превышает 4-5% от
тока пучка. Это согласуется с данными работы [12],
где получены аналогичные результаты при расчете
тока на анод магнетронного диода (меньше 10%).
4. ВЫВОДЫ
Проведенные исследования показывают
возможность получения прямолинейных электронных
пучков с высокой плотностью тока в магнетронных
пушках с вторичноэмиссионными металлическими
катодами. Получены трубчатые электронные пучки с
плотностью тока до 50 А/см2 с внутренним
диаметром от 5 мм до 80 мм с толщиной стенки ~2 мм
и энергией частиц до 60 кэВ при длительности
импульса 10 мкс с частотой
93
Υ ( ℜ )
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
t (ìêñ)
1
2
I(À)
0
5
10
15
20
25
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
3
t(мкс)
Рис. 3. Осциллограммы импульсов напряжения на
катоде(кривая 1 - соответствует холостому ходу
модулятора,кривая 2 - в режиме генерации пучка) и
тока пучка (кривая 3) с цилиндра Фарадея.
Рис. 4. Зависимость тока пучка от диаметра
катода (1 - зазор анод - катод 5 мм, 2 - 20 мм)
Рис. 5. Осциллограмма тока пучка и напряжения
на катоде(диаметр катода - 40 мм, диаметр анода
- 78 мм, Н - 700 Э)
Ðèñ. 6. Îñöèëëîãðàììà òîêà ïó÷êà è íàïðÿæåíèÿ íà êàòîäå,ïîëó÷åííàÿ ïðè ðàáîòå
ìàãíåòðîííîé ïóøêè ñ äèàìåòðîì êàòîäà 5 ìì, äèàìåòðîì àíîäà 26 ìì, H=1800 Ý.
с внутренним диаметром от 5 мм до 80 мм с
толщиной стенки ~2 мм и энергией частиц до 60 кэВ
при длительности импульса 10 мкс с частотой
повторения 50 Гц. Экспериментально показана
возможность генерации нескольких сгустков
электронов в одном импульсе напряжения.
Показана возможность регулировки тока пучка в 10
раз при изменении магнитного поля в пушке.
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 IEEE 1973, v.61, #3, p.69-
101.
3. Черенщиков С.А. “Электронная техника”, сер.1,
“Электроника СВЧ”, 1973, вып.6, с. 20-28.
4. Закутин В.В. и др. Тезисы докладов 13-го
Харьковского Семинара по линейным
ускорителям заряженных частиц (Харьков, 25-
28 мая 1993 г.), Харьков, 1993, изд. ХФТИ,
с.28.
5. Довбня А.Н. и др. ВАНТ, сер. ЯФИ, вып.2, 3
(29,30), Харьков, 1997, с.204-206.
6. Довбня А.Н., и др. ВАНТ., сер. ЯФИ., вып.2, 3 (29,
30), Харьков, 1997, с.164-165.
7. Dovbnya A.N. et al. Proc. of the Fifth EPAC 10-14
June 1996, vol.2, p.1508-1509.
8. Довбня А.Н. и др. ВАНТ, сер. ЯФИ, вып.1(28),
1997, Харьков, с.53-57.
9. Соминский Г.Г. и др. ЖТФ, 1964, XXXIV вып.9, с.
1666-1676.
10. Dovbnya A.N. et al. PAC-97, Abstract, Vancouver,
1997, v.42, N 3, p. 1235.
11. Чурюмов Г.И. и др. ВАНТ, сер. ЯФИ, вып.4, 5(31,
32), 1997, Харьков, с.24-26.
12. Агафонов А.В. и др. ВАНТ, сер. ЯФИ, вып. 4,
5(32, 32), 1997, Харьков, с.137-139.
13. Жигло В.Ф. ВАНТ, сер. ЯФИ, вып. 4, 5(31, 32),
1997, Харьков, с. 32-34.
14. Иванов Г.М., Черенщиков С.А. Тезисы докладов
13-го Харьковского семинара по линейным
ускорителям заряженных частиц (Харьков, 25-
28 мая 1993 г.), Харьков, 1993, с.27.
15. Вишневский А.И., и др. Изв. ВУЗов, сер.
Радиоэлектроника, 1968, т.11, № 6, с.555-564.
Статья поступила: в редакцию 25 мая 1998 г.;
в издательство 1 июня 1998 г.
94
1. ВВЕДЕНИЕ
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
4. Выводы
Литература
|