Способ изготовления источника электронов

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОНОВ, включающий выполнение на плоском катоде по крайней мере одного участка с повьшенной эмиссионной способностью и установку катода в вакуумную камеру параллельно плоскому аноду с выполненным в нем по крайней мере одним отверстием, при этом участок с повьшенной эмиссионной способностью размещен соосно с отверстием в аноде, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса изготовления источника электронов и повьшения его КПД за счет повышения точности совмещения осей участка с повышенной эмиссионной способностью на катоде и отверстия в аноде, обращенную к аноду поверхность катода предварительно покрывают слоем материала с малой змиссионной способностью и после установки катода в вакуумную камеру выполняют на катоде соосно с отверстием в. аноде участок с повьшенной эмиссионной способностью путем создания между катодом и анодом тлекяцего разряда в электрическом поле, напряженность которого определяется вьфажением 1 , 1 ,,, Е . I ...1„,о() 1п J, , где d - расстояние катод-анод, м; D - диаметр отверстия в аноде, м; i f - коэффициент выбивания электронов ионами на катоде; g с(--) - первьй коэффициент Таунсенс да. М- ; Е - напряженность электрического поля в промежутке катод-анод, В/м,; Р - давление остаточного газа в вакуумной камере. Па, при этом тлеющий разряд поддерживают в течение времени, необходимого для распыления слоя материала с малой эмиссионной способностью, напротив отверстия в аноде

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 01 J 9 02 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ аноде.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Й А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3714924/24-21 (22) 29.03.84 (46) 07.07.89. Бюп. № 25 (72) Н.А.Успенский и В.П.Федяков (53) 621.3 .032.213(088.8) (56) Крейндель Ю.Е. Плазменные источники электронов. М.: Атомиздат, 1977, с.63 °

Авторское свидетельство СССР № 409311, кл. H 01 J 9/04, 1972. (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОНОВ, включающий выполнение на плоском катоде по крайней мере одного участка с повышенной эмиссионной способностью и установку катода в вакуумную камеру параллельно плоскому аноду с выполненным в нем по крайней мере одним отверстием, при этом участок с повышенной эмиссионной способностью размещен соосно с отверстием в аноде, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упроще ния процесса изготовления источника электронов и повышения его КПД за счет повышения точности совмещения осей участка с повышенной эмиссионной способностью на катоде и отверстия в аноде, обращенную к аноду поверхность катода предварительно покрывают слоем материала с малой эмисИзобретение относится к технике изготовления источников электронов и может найти преимущественное использование при изготовлении источников электронов на основе вторичной ионноэлектронной эмиссии и источников электронов на термокатодах.

„,SU» 1189278 A 1

2 . сионной способностью и после установки катода в вакуумную камеру выполняют на катоде соосно. с отверстием в аноде участок с повышенной эмиссионной способностью путем создания между катодом и анодом тлеющего разряда в электрическом поле, напряженность которого определяется выраже-. нием

1 1 Е 1 1 — — ° 1n — 4< (— ) (— 1п—

d+D j Р d где d — расстояние катод-анод, м;

D . — диаметр отверстия в аноде, м; у — коэффициент выбивания электронов ионами на катоде;

Е

Ы(-) - первый коэффициент ТаунсенР 1. да, М

Š— напряженность электрического поля в промежутке катод-анод, В/м;

Р— давление остаточного газа в вакуумной камере, Па ° при этом тлеющий разряд поддерживают в течение времени, необходимого для распыления слоя материала с малой эмиссионной способностью, напротив отверстия в аноде.

Цель изобретения — упрощение процесса изготовления источника электронов и повышение его КПД за счет повьппения точности совмещения осей участка с повышенной эмиссионной способностью на катоде и отверстия в (2) 50

3 118927

Для термокатодов большой эмиссионной способностью обладают материалы с малой работой выхода электрона с поверхности, а материалом с малой эмиссионной способностью может служить антиэмиссионный материал с большой работой выхода. При изготовлении источника электронов на основе вторичной ионно-электронной эмиссии материалами с большой эмиссионной спо собностью являются алюминий и сталь, а материалами с малой эмиссионной способностью могут служить молибден или медь. 15

После нанесения покрытия на всю поверхность катода его устанавливают в вакуумную камеру параллельно аноду.

Затем откачивают вакуумную камеру и подают на катод отрицательный по- 20 тенциал, такой чтобы выполнялось соотношение у, ехр (о(d) < 1, у

«exp{ Ы (d+ 0))71 (1) . При этом между катодом и анодом загорается высоковольтный тлеющий разряд, известный в литературе как разряд с полым анодом. Благодаря наличию в аноде отверстий разряд горит преимущественно вдоль их осей, так как для него создаются наиболее благоприят- 30 ные условия, поскольку выполнено соотношение у ехр (d (d+ 0))71. Ускоренные ионы, образовавшиеся в высоковольтном тлеющем разряде, бомбардируют катод, распыляя материал с ма-; 35 лой эмиссионной способностью и создавая таким образом участки с большой эмиссионной способностью, расположенные против отверстий в аноде.

Как показывает практика, размер 40 этих участков определяется соотношением размеров Э/d, но всегда меньше диаметра отверстий в аноде;. При некоторой непараллельности катода и анода в предлагаемом способе образо-: 45 ванне участка с повышенной эмиссионной способностью происходит с некоторым смещением относительно оси отверстия в аноде, это смещение автоматически компенсирует непараллельность катода и анода, что повьппает точность юстировки.и, следовательно, увеличивает КПД по сравнению с известным способом изготовления источника. 55

Способ изготовления источника электронов был реализован следующим образом, Я 4

При изготовлении источника электронов на основе вторичной ионноэлектронной эмиссии, предварительно на стальной катод, обладающий большой эмиссионной способностью, наносился слой никеля, обладающий малой эмиссионной способностью. Катод устанавливался в вакуумную камеру, откачиваемую до давления 10 -10 Тор, и производилась подача на катод отрицательного потенциала, при котором выполняется соотношение (1). Если выразить первый коэффициент Таунсенда эмпирическим известным соотношение, которое имеет вид

Ы г В 1

-- = Аехр i — — —.— )

r/Р ! где А и  — постоянные для данного газа, то можно вывести выражение для потенциала зажигания тлеющего разряда

В (Рс1)

Ц м (3) с + 1п(Ра) А где с = 1n — — — -— ln(1+1 „) Используя выражение (3), можно записать соотношение

В(РЙ) л (Ц (4) .с+ ln(Pd) Выражение (3) описывает известный закон Пашена, а соотношение (4) справедливо для левых ветвей кривых Пашена, где горит высоковольтный тлеющий разряд. Напряженность электри" ческого поля и потенциал в явном виде не входят в соотношение (4). Тем не менее коэффициент выбивания элект- ронов ионами на катоде зависит от потенциала г=Р(П). Выражение (4) удобно использовать на практике, т.к .

|t = Р(П) для большинства материалов известна, равно как известна функция ,1(Я/Р) для различных газов, Сначала источник электронов работает с низким КПД за счет того, что генерация электронов идет со слоя никеля,. обладающего низкой эмиссионной способностью (для потенциала катода 10 кВ у"-1). Через некоторое время, зависящее от толщины слоя никеля и тока разряда, происходит распыление слоя никеля напротив отверстия в аноде, так как эти участки подвергаются наиболее интенсивной бомбардировке положительными ионами, Редактор Л.Письман Техред М.Моргентал Корректор В. Гирняк

Заказ 4782 Тираж 694 Подписное

ЭНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г.ужгород, ул. Гагарина,101

5 11 и источник электронов начинает работать с высоким КПД, за счет того, что генерация электронов пучка происходит с поверхности материала, облаюдающего большой эмиссионной спо89278 6 собностью (для стали, при потенциале

10 кВ .1 = 3) . При этом паразитнь1е токи на аноде в у / у = 3 раэ меньше, 1 чем у известного источника электро5 нов.