ОТРАЖАТЕЛЬНЫЙ ТРИОД НА ОСНОВЕ ВИРТУАЛЬНОГО КАТОДА

ОТРАЖАТЕЛЬНЫЙ ТРИОД НА ОСНОВЕ ВИРТУАЛЬНОГО КАТОДА


RU (11) 2037905 (13) C1

(51) 6 H01J25/68 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5058012/10 
(22) Дата подачи заявки: 1992.08.07 
(45) Опубликовано: 1995.06.19 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Диденко А.Н. и др. Письма в ЖТФ, 1979, N 6, с.321. 2. Perat A.L., Shell C.M., Jhole L.E. IEEE Jransactions on plasma science, 1985, vol. PS-13, N06. 
(71) Заявитель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики 
(72) Автор(ы): Селемир В.Д.; Дубинов А.Е.; Жданов В.С.; Степанов Н.В.; Шибалко К.В. 
(73) Патентообладатель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики 

(54) ОТРАЖАТЕЛЬНЫЙ ТРИОД НА ОСНОВЕ ВИРТУАЛЬНОГО КАТОДА 

Использование: в ускорительной технике для генерации мощных импульсов СВЧ-излучения. Сущность изобретения: отражательный триод снабжен поглотителем электронов, расположенным на аноде. Технический результат: увеличение КПД генерации. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано для генерации мощных СВЧ-импульсов сильноточным релятивистским пучком.

Известны триоды на основе виртуального катода (ВК), содержащие катод, анод и отражающий электрод [1] и [2] В работе [1] анод выполнен в виде сетки. Для данного триода было замечено, что при изменении геометрической прозрачности сетки изменяется КПД генерации. В условиях данного эксперимента оптимальной была сетка с геометрической прозрачностью 70% В работе Григорьева В.П. и др. Физика плазмы, 1988, N 2, с. 210. делалось предположение, что при большей прозрачности анода уменьшение КПД связано с провисанием потенциала в ячейках сетки. Не оспаривая в целом данного предположения, заметим, что в работе [2] в качестве анода использовалась прозрачная для электронов тонкая фольга. В этом случае нет провисания потенциала, но КПД генератора по-прежнему весьма мал (<1%).
Недостатком такого решения является низкий выход генерируемого излучения. КПД генератора составил величину меньше 1%

Величина КПД генератора по мощности является одним из важных критериев, по которому определяется возможность практического применения СВЧ-генератора. Техническая задача состоит в том, чтобы КПД генератора составила величину более 20% что позволяет использовать его, например, в качестве источника СВЧ-излучения в беспроводных линиях передачи электромагнитной энергии на большие расстояния.

Целью изобретения является повышение КПД генерируемого излучения.

Сущностью предлагаемого решения является отражательный триод на основе ВК, содержащий катод, анод и отражающий электрод, причем триод дополнительно снабжен поглотителем электронов, расположенным на аноде.

Поглотитель электронов уменьшает поток электронов сквозь анод. Коэффициент прозрачности поглотителя Q I/I0, где I0 полный поток электронов, падающих с катода на анод; I поток электронов, прошедших в область между анодом и отражающим электродом.

Очевидно, что коэффициент прозрачности может иметь два крайних значения: Q0 и Q 1. При Q 0 электроны не попадают в область между анодом и отражающим электродом, следовательно, не образуется ВК и нет генерации излучения. При Q 1 отсутствует вывод электронов из пространства взаимодействия, вышедших из синхронизма (Кузнецов С. И. Оптимизация параметров катод-анодной системы триода с виртуальным катодом. Томск, 1988, Деп. ВИНИТИ. N 113-В88). Кроме того, электроны пролетают через анод без поглощения, и электрическая цепь катод анод не замкнута. Мощность электронного пучка в диоде определяется произведением напряжения в диоде и тока. При незамкнутой цепи ток отсутствует, соответственно нет расхода мощности на генерацию СВЧ-излучения. Очевидно, что оптимальный по КПД генерации коэффициент прозрачности находится внутри интервала от 0 до 1.

Обеспечение требуемого соотношения между током в катод-анодном промежутке и током в промежутке между анодом и отражающим электродом необходимо для реализации максимального КПД генерации СВЧ-излучения в триоде. В известных отражательных триодах на основе ВК напряжение, прикладываемое к ускоряющему промежутку, сравнительно невелико (150-450 кВ) для того, чтобы обеспечить необходимую прозрачность сетчатого анода, так как при таких напряжениях обычно геометрическая прозрачность сетки практически равна прозрачности, определяемой отношением прошедшего тока к падающему. В известном релятивистском отражательном триоде (1,2-4,5 МВ) [2] истинная прозрачность анода близка к единице даже при использовании абсолютно геометрически непрозрачного фольгового анода. Поэтому обеспечение оптимального коэффициента прозрачности для электронов на входе их в тормозящее поле триода при помощи поглотителя, установленного на аноде, является важным условием для обеспечения высокого КПД генерации.

На чертеже изображен пример реализации отражательного триода на основе ВК с поглотителем электронов с фиксированным коэффициентом прозрачности.

Триод содержит катод 1, прозрачный для электронов анод 2 и отражающий электрод 3. Поглотитель 4 электронов размещен на аноде. Катод, анод и отражающий электрод гальванически развязаны между собой диэлектрическими изоляторами 5.

При релятивистских скоростях электронов анод может быть сделан из тонкой фольги, прозрачной для электронов, а поглотитель из проводящего материала толщиной больше длины пробега электронов. В случае равномерного распределения электронов по сечению пучка коэффициент прозрачности определяется через отношение площадей Q 1 Sпогл/Sполн, где Sпогл площадь, вырезаемая поглотителем в сечении пучка; Sполн площадь сечения пучка.

Принцип работы отражательного триода на основе ВК с поглотителем электронов заключается в следующем. При подаче высоковольтного напряжения на диод вследствие взрывной эмиссии образуется пучок электронов, двигающийся в направлении с катода 1 на анод 2. Часть электронов пучка поглощается в материале поглотителя 4, оставшиеся электроны попадают в область между анодом и отражающим электродом 3. В этой области формируется виртуальный катод 6. Излучение возникает в результате колебаний электронов между ВК и катодом, а также колебаний самого ВК.

Примерные параметры отражательного триода на основе ВК: импеданс диода 40 Ом; диодный зазор 2 см; диаметр катода 4 см; длительность импульса 20 нс; длина волны излучения 10 см; толщина поглотителя: Al 4 мм; Fe 1,5 мм; Pb 1 мм.

Общую формулу для расчета оптимального коэффициента прозрачности поглотителя получить трудно, однако численные оценки для приведенного случая дают значение для оптимального коэффициента прозрачности 0,6-0,8. Более тонкое значение подбирается в эксперименте. Ожидаемая мощность СВЧ-излучения до сотен мегаватт, при этом КПД генерации составит около 30%

Ожидаемые выходные параметры позволяют использовать отражательный триод на основе ВК для практических целей, например в качестве источника СВЧ-излучения в линиях передачи электромагнитной энергии на большие расстояния. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



ОТРАЖАТЕЛЬНЫЙ ТРИОД НА ОСНОВЕ ВИРТУАЛЬНОГО КАТОДА, содержащий последовательно расположенные катод, анод и отражающий электрод, разделенные промежутками и гальванически изолированные между собой, отличающийся тем, что отражательный триод снабжен поглотителем электронов, расположенным на аноде.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru