RU183913U1 - Триодная электронная пушка с автокатодом - Google Patents
Триодная электронная пушка с автокатодом Download PDFInfo
- Publication number
- RU183913U1 RU183913U1 RU2018117020U RU2018117020U RU183913U1 RU 183913 U1 RU183913 U1 RU 183913U1 RU 2018117020 U RU2018117020 U RU 2018117020U RU 2018117020 U RU2018117020 U RU 2018117020U RU 183913 U1 RU183913 U1 RU 183913U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- grid
- anode
- cathode
- autocathode
- electron gun
- Prior art date
Links
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 11
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 6
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Microwave Tubes (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к электронной технике, а именно к вакуумным электронным приборам, в том числе к СВЧ приборам с протяженным взаимодействием и мгновенным временем готовности, использующие автоэмиссионные катоды.
Задачей настоящей полезной модели является создание триодной электронной пушки с автокатодом из нанотрубок, формирующей в зазорах катод-сетка-анод прямолинейные электронные потоки с минимальным угловым разбросом электронов, проходящих без токооседания в пушке. Поставленная задача достигается тем, что в триодной электронной пушке, содержащей автокатод, сетку и анод, согласно заявленному техническому решению используется автокатод с микроячейками из вертикально расположенных нанотрубок, выращенных в отверстиях электрически изолированной сетки от катода. Значения потенциалов сетки Vc и анода Va и зазоры катод-сетка dкс и сетка-анод dca выбираются согласно соотношению:
Неравенство справедливо при условии, что для триодных электронных пушек отношение зазора сетка-анод dca к диаметру анодного отверстия Da должно соответствовать неравенству: 
при этом влияние анодного отверстия на распределение электрического поля в отверстиях сетки становится пренебрежимо малым.
Description
Полезная модель относится к электронной технике, а именно к вакуумным электронным приборам, в том числе к СВЧ приборам с протяженным взаимодействием и мгновенным временем готовности, использующие автоэмиссионные катоды.
Известна конструкция электронной пушки с автоэмиссионным катодом на основе углеродных нанотрубок, и молибденовой сеткой, размещенной над поверхностью катода через вакуумный зазор [1]. Недостатком данной конструкции заключается в том, что перемычки вытягивающей сетки не защищены от прямого перехвата тока с катода, что приводит к их расплавлению мощностью электронного потока.
Существует конструкция электронной пушки, включающая катодно-сеточный узел из стеклоуглерода с матрицей микроострий на их торцах и крупноячеистой вытягивающей сетки с отверстиями [2]. Катод с сеткой электрически разделены через керамическое кольцо с крупными отверстиями. Данная сетка размещена над поверхностью острийной структуры катода так, что отверстие в сетке много раз превышает расстояние между остриями. Недостатком данной конструкции, является неравномерность распределения токоотбора в ячейке сетки, большой разброс углов наклона траекторий электронов относительно оси симметрии ячеек сетки, высокое значение прилагаемого сеточного напряжения. Также в работе [3] представлена электронная пушка, состоящая из автокатода в виде стеклоуглерода в форме иголок с большим аспектным соотношением высоты к диаметру вершины, и сетки, расположенной над иглами через вакуумный зазор. При испытании такой электронной пушки обнаружено большое токооседание пучка на электродах пушки, что неизбежно приводило к деградации катода и ухудшению вакуума. Эти недостатки затрудняют использование таких конструкций электронных пушек с автокатодом из стеклоуглерода в вакуумных СВЧ приборах.
Наиболее близкой по конструкции техническим решением является конструкция автоэмиссионной триодной структуры [4], состоящей из отдельных автоэмиссионных ячеек, каждая из которых содержит металлическое острие конусообразной формы и сетку с отверстием, центр которого совпадает с осью симметрии острия. Острие на подложке из кремния электрически и сетка разделены слоем диоксида кремния. Токопрохождение обеспечивается за счет толщины сетки, имеющей величину десятые доли микрометра. Недостатком данной конструкции является распыление материала острия в процессе автоэмиссии и, как следствие, постепенная деградация острия.
Задачей настоящей полезной модели является создание триодной электронной пушки с автокатодом из нанотрубок, формирующей в зазорах катод-сетка-анод прямолинейные электронные потоки с минимальным угловым разбросом электронов, проходящих без токооседания в пушке.
Техническим результатом полезной модели является низковольтное управление током пучка, более продолжительный срок службы и мгновенное включение прибора.
Поставленная задача достигается тем, что в триодной электронной пушке, содержащей автокатод, сетку и анод, согласно заявленному техническому решению, используется автокатод с микроячейками из вертикально расположенных нанотрубок, выращенных в отверстиях электрически изолированной сетки от катода. Значения потенциалов сетки Vc и анода Va и зазоры катод-сетка dкс и сетка-анод dса выбираются согласно соотношению:
Неравенство справедливо, при условии, что для триодных электронных пушек отношение зазора сетка-анод dса к диаметру анодного отверстия Da должно соответствовать неравенству: 
при этом влияние анодного отверстия на распределение электрического поля в отверстиях сетки становится пренебрежимо малым.
Заявленная полезная модель иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 показана конструкция триодной электронной пушки, которая включает в себя: автокатод (1), нанотрубки (2), сетку (3), диэлектрик (4), анод (5).
На фиг. 2 представлены результаты расчета распределения электрического поля (6) и траекторий электронов (7) в триодной электронной пушке, выполненных в программе Lorentz-3ЕМ.
Триодная электронная пушка образована из автокатода (1) с размещенной на его поверхности микроячейками из нанотрубок с плотностью упаковки микроячеек от 106÷4⋅108 см-2 (2), сетки с отверстиями (3), диэлектрика (4) с толщиной большей, чем высота нанотрубок и анода (5). В каждой микроячейке выращены нанотрубки (2), расположенные вертикально в соответствующем отверстии сетки (3). Каждая микроячейка автоэмиссионного катода (1) размещена соосно с отверстиями сетки (3). Сетка (3) с автокатодом (1) электрически разнесены через диэлектрик (4). Между автокатодом (1), сеткой (3) и анодом (5) образованы два зазора dкс и dса соответственно. Анод имеет отверстие Da, причем отношение зазора сетка-анод dca к диаметру анодного отверстия соответствует неравенству: 
Триодная электронная пушка с автокатодом работает следующим образом. При подаче потенциала на сетку (3) и анод (5) в пушке образуется электрическое поле (6). С вершин поверхности нанотрубок (2) автокатода (1) стартуют электроны, под действием потенциала Vс, созданного сеткой (2) в зазоре катод-сетка dкс. Далее за сеткой (2) с небольшим возмущением формируются прямолинейные электронные пучки (7) в пушке и ускоряются под действием потенциала анода Va (5). Сформированный электронный пучок (7) пролетает в отверстие анода (5). Сетка (3) и анод (5) имеют положительное относительно автокатода (1) напряжение. Потенциалы на электродах для установления однородного электрического поля в зазорах пушки выбирают согласно соотношению: 
В предлагаемой конструкции триодной электронной пушки с автокатодом обеспечивается формирование прямолинейного электронного пучка с минимальными поперечными скоростями электронов, достигается низковольтное управление током пучка с минимальным коэффициентом модуляции, более продолжительный срок службы и мгновенное включение прибора.
Пример реализации данной триодной электронной пушки с автокатодом демонстрируется проведением численного эксперимента, по моделированию электронной пушки и формированию электронного пучка в программе Lorentz-3ЕМ на фиг. 2. При напряжениях сетки Vc=100 В и анода Va=20000 В и зазорах катод-сетка dкс=10 мкм и сетка-анод dса=2000 мкм, Dа=200 мкм. формируется электронный пучок с одной микроячейки автокатода с током 1 мкА при стопроцентном токопрохождении.
Источники информации
1 H.J. Kim, W.B. Seo, J.J. Choi, J-h. Han and J-B Yoo. Design and Field Emission Test of Carbon Nanotube Pasted Cathodes for Traveling-Wave Tube Applications // IEEE Trans. On El. Devices, Vol. 53, No. 11, 2006 P. 2674-2680.
2 Бушуев H.A., Шестеркин В.И. и др. Матричные автоэмиссионные катоды из стеклоуглерода: соверменное состояние и перспективы использования в СВЧ приборах // Электронная техника Сер. СВЧ техника Вып. 4 (519). 2013 С. 175-183.
3 Шестеркин В.И. Многоострийный автоэмиссионный катод с большим аспектным отношением острий из стеклоуглерода в составе электронной пушки АПЭП 2016 Том 1 с. 117-120.
4 Spindt С // Journal of Appl. Phys. 1968, 39, p. 3504
Claims (3)
1. Триодная электронная пушка, содержащая сетку, анод и автокатод с микроячейками из вертикально расположенных нанотрубок, выращенных в отверстиях электрически изолированной сетки от автокатода, отличающаяся тем, что потенциалы сетки Vс и анода Vа, зазоры катод-сетка dкс и сетка-анод dса выбирают согласно соотношению:
2. Триодная электронная пушка по п. 1, отличающаяся тем, что отношение зазора сетка-анод dса к диаметру анодного отверстия Dа определяется неравенством dса/Dа≥3.5.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018117020U RU183913U1 (ru) | 2018-05-07 | 2018-05-07 | Триодная электронная пушка с автокатодом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018117020U RU183913U1 (ru) | 2018-05-07 | 2018-05-07 | Триодная электронная пушка с автокатодом |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU183913U1 true RU183913U1 (ru) | 2018-10-09 |
Family
ID=63793800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018117020U RU183913U1 (ru) | 2018-05-07 | 2018-05-07 | Триодная электронная пушка с автокатодом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU183913U1 (ru) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999016101A2 (en) * | 1997-09-24 | 1999-04-01 | The Welding Institute | Charged particle beam emitting assembly |
| RU2581833C1 (ru) * | 2014-12-12 | 2016-04-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радий" | Источник электронов с автоэлектронным эмиттером и рентгеновская трубка с таким источником электронов |
-
2018
- 2018-05-07 RU RU2018117020U patent/RU183913U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999016101A2 (en) * | 1997-09-24 | 1999-04-01 | The Welding Institute | Charged particle beam emitting assembly |
| RU2581833C1 (ru) * | 2014-12-12 | 2016-04-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радий" | Источник электронов с автоэлектронным эмиттером и рентгеновская трубка с таким источником электронов |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JORNAL of APPL.PHYS., 1968, 39, p.3504. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100314094B1 (ko) | 전기 영동법을 이용한 카본나노튜브 필드 에미터의 제조 방법 | |
| CN102339699A (zh) | 基于石墨烯的场发射三极结构 | |
| Kim et al. | Design and field emission test of carbon nanotube pasted cathodes for traveling-wave tube applications | |
| Yuan et al. | A gridded high-compression-ratio carbon nanotube cold cathode electron gun | |
| US8766522B1 (en) | Carbon nanotube fiber cathode | |
| Lei et al. | Very high field emission from a carbon nanotube array with isolated subregions and balanced resistances | |
| CN102339713B (zh) | 一种光-栅复合控制的场致发射x射线管 | |
| RU183913U1 (ru) | Триодная электронная пушка с автокатодом | |
| RU2644416C2 (ru) | Катодно-сеточный узел с автоэмиссионным катодом из углеродного материала | |
| RU134356U1 (ru) | Автоэмиссионная электронная пушка | |
| KR101245524B1 (ko) | 멀티―빔 ｘ―선관 | |
| RU181037U1 (ru) | Автоэмиссионная электронная пушка со сходящимся ленточным пучком | |
| KR20150084324A (ko) | 안티차징 구조의 3극 전계방출소자를 구비한 x-선관 | |
| CN105118764A (zh) | 一种圆片阵列阴极 | |
| RU2653694C1 (ru) | Катодно-сеточный узел с вертикально ориентированным автоэмиссионным катодом | |
| RU2651584C2 (ru) | Электронная пушка с автоэмиссионным катодом | |
| RU2823119C1 (ru) | Острийно-лезвийный автоэмиссионный катод типа "канцелярская кнопка" | |
| RU2640355C2 (ru) | Способ изготовления катода на основе массива автоэмиссионных эмиттеров | |
| RU148285U1 (ru) | Усилитель высокочастотного излучения с холодным катодом на нанотрубках | |
| CN211125565U (zh) | 一种离子源新型阴极结构 | |
| Serbun | A systematic investigation of carbon, metallic and semiconductor nanostructures for field emission cathode applications/author: Pavel Serbun | |
| Li et al. | Metal-tip-array field emission cathodes for X-ray tubes | |
| RU187097U1 (ru) | Автоэмиссионная магнетронно-инжекторная пушка с ленточным пучком | |
| Hirshfield | High-current cold cathode field emission array for electron lens application | |
| Kim et al. | Beam emission test on carbon nanotube cathode of a gridded Pierce gun |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200508 |