Холодный жидкостный катод для электронных приборов

 

ХОЛОДНЫЙ ЖИДКОСТНЫЙ КАТОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРСЖ, содержащий твердотельную оболочку, в которую закякчен расплав металла, отличающийся тем, что, с целью снижения рабочих напряжений и повышения плотности тока, расплав металла выполнен из сплава ватрвя в калия, взятых в объемном соотношении 1:4,5 - 1:5,5.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИИ. 3(50 Н 01 J 1/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,:

К А8Т0РСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3401115/18-21 (22) 01.03.82 (46) 07.10.83. Бюл. И 37 (72) В. М. Жуков, Г. А. Дюжев, В, Ф. анищенко, Г. Н. Фурсей, С. N. Лупехин и Л. А. Широчин (71) Ленинградский электротехнический институт связи им. проф. М. А. БончБруевича (53) 621.3.032.212 (088.8) (56) 1.М Wareolz Phil ips. Res.Rev, i

1.947, М 2, р. 426.

2. Бартанюс Ю. И., Праневичус Л. И., Фурсей Г. Н. Исследование взрывной электронной эмиссии жидкого гелиевого катода. ЖТФ, 1971, т. 41, Кю 9, с.

1943 (прототип).

:SU„„1046794 A (54) (57) ХОЛОДНЫЙ .ЖИДКОСТНЫЙ KA.TON ДЛЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ, содержапжй твердотельную оболочку, в которую заключен рвсшвв металю, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с жилю снижения рабочих напряжений и повышения плотности тока расплав металла въшолнеи иэ сплава натрия и калия, взятых в объемном соотнаиении 1:4,5 - 1:5,5.

704 что плотность отбираемого с катода тока определяется работой выхода электронов из катода и приложенцым напряжением. При выключении напряжения проис ходит рекомбинация плазмы и исчезновение микровыступов на поверхности катода

Недостатком данного катода является высокая токсичность паров ртути, что требует грименения cEEeILEEaJIbEEElx Mep безопасности, ..д

Известен также холодный жид,костный катод, содержащий твердотельную оболочку, в которую заключен расплав металла, причем в качестве материала катода используется нетоксичный жидкий галлий f2)., В указанном катоде взрывная электронная эмиссия опреде щется работой выхода галлия, составляющей 3, 96 эВ,. и напряжением, приложенным к катоду и цриводяшим к формированию и разрушению микровыступов, являющихся локальными центрами эмиссии. Г1ри этом для каждого конкретного случая реализации к@тода существует некоторое пороговое напряжение, причем рабочее напряжение должно быть выше этого порогового напряжения, 0ель изобретения - снижение рабочих напряжений и повьш(ение плотности тока.

Поставленная цель достигается тем, что в холодном жидкостном катоде для электронных приборов, содержашем твер-дотельную оболочку, в которую заключен расплав металла, последний выполнен из сплава натрия и калия, взятых в обьемном соотношении 1:4 5 — 1 5 5.

Сплав при нормальных условиях представляет вязкую однородную жидкость с работой выхода 2,22 - 2, 35 эВ, Существенное уменьшение работы выхода катода как раз и дает возможность снизить рабочие напряжения и интенсифицировать процесс инициирования взрывной электронной эмиссии

При других объемных соотношениях . натрия и калия получившийся жидкометаллический сплав не является устойчивым.

При этом один из металлов, который взят в избытке, выделяется в чистом виде, например при соотношении 1:4,4 в чистом виде выделяется натрий. Поскольку темпеуатура плавления натрия составляет 98 С, при.комнатной температуре он затвердевает, что приводит к резкому изменению свойств поверхности катода.

При соотношении 1:5,5 в чистом виде выделяется калий, который при комнат ной температуре затверревает, госкольлу его. температура плавления составляет

t 1046

Изобретение относится. к электронике, и частнОсти к холодным жидкостным ка тодам" для электронных приборов.

Известен холодный жидкостный катод, в котором в качестве материала катода используется жидкая ртуть (1 )

При реализации, данного катода на поверхности жидкого металла под действием пондеромоторных сил электрического поля начинают формироваться вытягиваю- . 10

EEisecs микровыступы. На микровыступах происходит усиление электрического noas, и при достижении определенных размеров в результате автоэлектронной эмиссии микровыступы начинают .испускать ааеКТро }5

I ны. Плотность автоэмиссионного тока для каждого отдельного микровыступа опре-,. деляется уравнением Фаулера-Нордгеймац

2 (3/2

Ч (м) E екр - — f(v) („(20 где

«« плотность автоэмиссионного тока, А/смо;"

E - 1напряженность электрического поля, В/см; раб ота выхода материала катода, эВ;

Я(у } - функция Нордгейма; ф(у} -, табупирсванная функ

1 ция м

3 Е ч .отношение уменьшения а работы; выхода электрона из металла в вакуум за счет эффекта Шоттки к работе выхода электрона.

ИЗвестао чтО Е =pU,где }Э - }/r3 геометрический фактор, r - радиус вер «

Э шины микровыстуца, Ц - величина приложенного напряжения.

Поскольку радиус вершины вследст-, вие вытягивания микровыступа вс;.е время уменьшается, то E непрерывно растет, что, в свою очередь, приводит к возрастанию плотносйи автоэмиссионного TQKBå

При достижении определенных размеров, а следовательно, и определенно глотности автоэмиссионного тока вершины л(икровыступов взрываются, что приводит к образованию вблизи жидкого металла облака плотной плазмы и возфждению ,процвсса взрывной эмиссии, В результате взаимодействия плохой плазмы с жидким металлом вследствие туннельного эффекта s процессе взрывной эмиссии с катода испускаются электроны. Вытягивание и взрыв микровыступов происходит в течение всего процесса токоотбора. Очевидно, 3 1046794 4

83 С. Температура же плавления сплава ного импульса напряжения длительносгйо натрия и калия составляет -6 С, т. е. ЗО нс уже при амплитуде 5 кВ возпри комнатной температуре он находится буждается электронная эмиссия. В таком в жидком состоянии. режиме эмиссия с известного катода» в

Один из вариантов предлагаемого ка- g котором в качестве жидкого металла ис тода предусматривает выполнение твердо пользовался галлий, не возбуждалась. тельной оболочки из диэлектрического . При использовании сплава натрия и материала (в частности кварна)» причем калия, взятых в оптимальном соотношении оболочка переходит в «аииллярный канал 1:5, средняя амплитуда импульса тока диаметром 40 мкм, открытая часть 10 1составляет i5А нри напряжении- 10 iB. .которого является эмиттирующей повер - При соотношениях 1:4,5 и 1:5,5 амплиту ностиб Dm подаче íà като прямоуголь,да импуа*са.была меньше 5 А.

Составитель Г. Кудашева

Редактор Ю. Ковач Техред М.Надь Корректор И. Эрдейи

Закан 7737/49 Тараж 703 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР

Io делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-Ç5, Раув ская наба» д. 4/5

Фнлнал ППП Патент, г. Унтороа, ул. Проектная, 4