Электронная пушка
1. ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА, формирующая электронный поток прямоугольной формы, содержащая по крайней мере одну электронно-оптическую систему , состоящую из катодного узла и по крайней мере одного формирующего электрода, анод и прозрачное для электронов окно-мишень прямоугольной формы, отличающаяся тем, что, с целью -увеличения поперечного сечения луча в области ок-на-мишени за счет формирования расходящегося электронного потока, упрощения .койструкции и. увеличения эпекТр зч ской . прочности, каждая электронно-оптическая система содержит один фор1чИрующий электрод, выполненньй 9 виде . циливдра с круглым отверстием, соосным катодному узлу, катодный ,узел состоит из даливдричеекого катода, на плоской торцоврй эмиттирующей поверхности которого располсясена теневая маска, вьшопнённая в форме симметричного восьмиугольника, вершины которого совладают с вершинами двух квадратов вписанньк в концентрические окружнрсти разных радиусов. 2. Электронная пушка по п.1, о т (Л л и ч а ю щ а.я с я тем, что она содержит по крайней, мере две электронно-оптические системы,расстояние . между осями которых равно: стороне ; прямоугольника окна-мишени, ,
(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
4(51) Н 01 J 13 02 нн
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2220605/18-21 (22) 08.06. 77 (46) 07.01. 85. Бюл. №- 1 (72) И.М. Блейвас, И.И. Галицкая, С.А. Зусмановский, К.Г. Симонов и Д.С. Трещикова (53) 621. 385. 6 (088. 8) (56) 1. Патент США № 3956712, . кл. 331-94, опублик..1976. 2. Патент США ¹ 3863163,кл.328-233, :опублик. 1975 (прототип ). (54)(57) 1. ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА, формирующая электронный поток прямоуголь-. ной формы, содержащая по крайней мере одну электронно-оптическую систему, состоящую из катодного узла и по крайней мере одного формирующего электрода, анод и прозрачное для электронов окно-мишень прямоугольной формы, отличающаяся тем, что, с целью увеличения поперечного сечения луча в области окна-мишени
Х за счет формирования расходящегося электронного потока, упрощения .кон-.. струкции и, увеличения электрйческой прочности, каждая электронно-оптическая система содержит один формирующий электрод, выполненный в виде цилиндра с круглым отверстием, ñîîñным катодному узлу, катодный узел состоит из цилиндрического катода,. на плоской торцовой .эмиттирующей поверхности которого располая(ена теневая маска, выпонненная.в форме симметричного восьмиугольника, вершины которого совпадают с вершинами. двух квадратов, вписаннык. в концентрические окружности разных радиусов. Я
2. Электронная пушка по п.1, о тл н ч а ю щ а я с я тем, что она содержит по крайней мере две электроНН0-оптические системы расстояние, I между осями которых равно; стороне прямоугольника окна-мишени, 1080671
Изобретение касается электронных пушек, в частности электронных пушек, обеспечивающих вывод электронного потока из вакуумной области в газовую среду, и предназначено для целей квантовой электроники.
Изобретение может быть также использовано в плазмохимии, для создания мощных коммутаторов в электронной литографии, для технологичес- .1О ких задач: сушки изделий при комнатной температуре за счет поглощения энергии в тонком поверхностном слое, обработки полиэтилена и эпоксидных смол, стерилизации продуктов в 15 пищевой промышленности и материалов в медицине.
Основным назначением предлагаемой электронной пушки является возбуждение лазеров с помощью элект- що ронного потока, выходящего из вакуумной области формирования через прозрачное для электронов окно в лазерную кювету.
Для преционизации активной среды р5 в электроионизационных лазерах используют блок электронных пушек, (модулей) вместо одной электронной пушки, что особенно целесообразно при создании широких пучков электронов с апертурой 1 м и более, которые необходимы для мощных и сверхмощных лазеров.
Известны конструкции электронных пушей для лазеров, на выходе из окна которых создается широкий электронный поток прямоугольного сечения с равномерным распределением электронов.по плотности P1) . Катодные узлы таких пушек, как правило, составлены из множества отдельных катодов, объединенных в общей вакуумной камере.
Недостатком таких конструкций явля1отся ограниченные РазмеРы попереч- 45 ного сечения электронного потока.
Известна электронная пушка, формирующая электронный поток прямоугольной формы, содержащая по крайней мере одну электронно-оптическую систему, состоящую из катодного узла и по крайней мере одного формирующего электрода, анод и прозрачное для электронов окно-мишень прямоугольной формы (2j .
Электроны, эмиттируемые каждой электронно-оптической системой, дви-. жутся к выходному окну по параллельным траекториям, и электронный поток в промежутке между катодом и анодом не расширяется. Таким образом, проекция пучка электронов на выходном окне в такой пушке соответствует размерам катодного узла. Расстояния от границ пучка до стенок корпуса в плоскости выходного с.сна определены требованиями электрической прочности и при высоких рабочих напряжениях пушки (выше 200 кВ) составляет не менее 40-50 мм. Следовательно, большая поверхность между границами пучка и стенками прибора не облучается электронами, что является препятст— вием для использования указанной пушки в блочной конструкции. Электронный поток, создаваемый несколькими такими пушками, плотно приставленными одна к другой, имеет большие разрывы, что является весьма критичным для лазерной генерации.
Недостатком этой пушки является также очень сложная конструкция, которая составлена 80 катодами и несколькими стенками (управляющей, фокусирующей, экранной), причем первая управляющая сетка имеет полуцилиндрическую форму и устанавливается соосно с катодом, а другие располагаются либо в промежутках между катодами, либо между катодами и выходным окном. Последние имеют длину до 1 м и в динамическом режиме провисают, что приводит к искажению траекторий электронов. К стенкам приложены напряжения от дополнительных источников питания, которые должны иметь повышенную стабильность.
Подвод питания и сборка всех элементов конструкции, которая должна быть проведена с высокой точностью, требуют специальных приспособлений и довольно трудоемки. Недостатком описанной электронной пушки является также низкая электрическая прочность промежутка между катодом и -выходным окном (анодом) в вакууме, обусловленная небольшой длиной промежутка, большой площадью электродов и их конфигураций. Возникающие пробои недопустимы, так как они нарушают режим работы. лазера, и, кроме того, способны вывести пушку из строя из-за разрушения тонкой фольги выходного окна. Расстояние между катодом и выходным окном в такой пушке ограничено условиями фокусиз 1080671 4 ровки параллельных потоков от каждо- ведены на фиг. 5-8. Р. азличным формам го отдельного катода. маски 6,7,8,9 на катоде соответствуЦелью изобретения является увеличение поперечного сечения луча 12, 13 в плоскости мишени. Квадратв области окна-мишени а с р ания расходящегося электронного ов за счет форми- ное поперечное сечение электронн г потока на мишени обеспечивается маспотока, упрощение конструкции и уве- кой 7 в форме восьмиугольника верФ личение электрическои прочности шины которого совпадают с вершинами системы. двух квадратов, вписанных в концентЦель достигается тем, что в элект-1ð рические окружности различного радиуроннои пушке, формирующей электрон- са и смещенных друг относительно друный поток прямоугольной формы, содер- га на 45 жащеи по краинеи мере одну электронно- В частном случае, для конкретной оптическую систему, состоящую из ка- электронной пушки (при заданных растодного узла и по крайней мере одно- 15 стоянии катод-мишень Ь радиусе каЭ го формирующего электрода, анод и тода Rg и размере мишени Х )соотпрозрачное для электронов окно-мишень ношение радиусов концентрических окпрямоугольной формы, каждая электрон- ружностей (/p„) составляет 0,84. но-оптическая система со е од ржит один Предлагаемая электронная пушка формирующий электрод, выполненный . р формирует расходящийся электронный в виде цилиндра с круглым отверстием, поток с -квадратным поперечным сечесоосным като но зл д му у у, катодный нием в плоскости выходного окна, узел состоит из и цил ндрического равным квадратному выходу окну. При катода, на плоской торцовой эмитти- этом прозрачное для электронов окно рующей поверхности которого располо- 25 занимает почти всю площадь стенки жена теневая маска вы в 1полненная в прямоугольного корпуса, противоформе симмметричного восьмиугольни- лежащей к и катоду, за исключением тонка, вершины кото ого совп а р падают с вер- ких буртиков, предназначенных для шинами двух квадратов, вписанных в сварки окна с корпусом. Такая конконцентрические ок ности руж о т разных струкция допускает одновременную радиусов. В частности, пушка может работу нескольких приборов, скомпа, содержать по крайней мере две элект, — кованных в блоки, что является ронно-оптические системы мы, расстоя-- одним из основных преимуществ по ние м ежду осями которых равно сторо- сравнению с известными конструкция35 не прямоугольника окна-мишени. ми. Поток электрон 1й электронов, создаваемый ек, не имеет разрыНа фиг. 1-4 изображена предложен- блоком таких пушек не ная пушка, различные сечения на
У вов вследствие его расходимости, фиг. 5-8. представлены еэ ль р у ьтаты обеспечивая возбуждение однородного численных расчетов при различных разряда в лазерной камере. формах маски катода" на фиг. " 8 д ", фиг., 8 - Пушка имеет очень простую и напоперечные сечения электронного дежную конструкцию с одним катодом потока в плоскости мишени с различ- и формирующим электродом, которые ными формами маски на катоде, где находятся на одной оси с.центром обозначены и ес цилиндр ч кий катод 1, мишени. Сборка, откачка электронной теневая маска 2, фокусирующий пушки не требуют сложных приспособэлектрод 3, корпус 4 и окно-мишень 5. пений и осУществлнетсЯ на стандартПрямоугольный корпус 4 квадрат- ном обоРУдовании. ного сечения служит одновременно
Достоинство пушки состоит также анодом. Стенка корпуса, расположен- в том, что пРи такой констРУкции Рази напротив катода 1 содер ит про- меРы высоковольтныи пРомежУтков не зрачное для электронов.окно-мишень 50 имеют стРогих огРаничений и могУт
5 кв,дратной фор, (На э, ттиру,ую б ь созданы запасы по электРической поверхность катода 1 нанесена теие- прочности, что является условием вая маска 2, имеющая форму восьми- надежной работы прибора. Питание угсбтьника. пушки осуществляется от одного источЫ мика и не требует дополнительных.
Оптимальность предложенной формы . Модификацией описанного прибора теневой маски подтверждена числен- является электронная пушка,,которая ными расчетами на ЭВМ, которые при- . содержит два цилиндрических катода
1080671
A-A в-в с формирующим электродом, объединенHbIK в общем прямоугольном корпусе.
Расстояние между центрами катодов . равняется размеру квадратной мишени, что обеспечивает однородность электронного потока на вьжоде из окна..
Таким образом, предложенная электронная пушка простой и надежной конструкции создает расходящийся электронный поток прямоугольной формы, что допускает компановку приборов в блоки. Компануя электронные пушки предложенной конструкции различным образом можно создавать электронные потоки необходимой формы и площади поперечного сечения без проведения специальной разработки электронных пушек в каждом отдельном случае.
1080671
Ма хм
07 ОЮ РФ /Р
Корректор Н.Король
Техред С.Легеза
Редактор О. 1Оркова
Заказ 15/1
Тираж 679 Подпис ное
ВНИИПИ Государственйого комитета СССР по делам изобретений и открытий
1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул. Проектная, 4
