катодно-модуляторный узел для электронно-лучевых приборов

Формула изобретения

КАТОДНО-МОДУЛЯТОРНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ ПРИБОРОВ, работающий в импульсном режиме, содержащий острийный термокатод высокой яркости из тугоплавких металлов или гексаборида лантана, острие которого размещено в отверстии модулятора, отличающийся тем, что на кромке модулятора, обращенного к оси узла, закреплены острийные или лезвийные автокатоды из пирографита для нагрева острийного термокатода электронной бомбардировкой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к термоэмиссионным электронным источникам, используемым в электронной микроскопии, в электронно-зондовых приборах для диагностики поверхности твердых тел, в масс-спектрометрических устройствах для ионизации газа электронным ударом и др. в которых требуется получать электронные пучки высокой яркости, высокую степень параллельности и однородности луча.

Известен катодно-модуляторный узел для электронно-лучевых приборов, содержащий подогревный катод У-образной формы с острием на вершине [1]

Известен также катодно-модуляторный узел для электронно-лучевых приборов, работающий в импульсном режиме, содержащий острийный термокатод высокой яркости, острие которого размещено в отверстии модулятора [2]

Стержень катода заострен на конце с радиусом острия 10 мкм, другой конец стержня закреплен в теплоизоляторе. Катод помещается в спиральный нагреватель из вольфрама, нагреваемый проходящим током. Тепло передается катоду за счет излучения или электронной бамбардировки совместно с излучением. Нагреватель защищен экранами. Плотность тока катода на основе LaB₆ при 1600^оС на порядок превышает плотность тока чистого вольфрамового катода и составляет 65 А/см². Размеры эмиттирующей поверхности определяются радиусом заточки острия и составляют 10х10 мкм. Эти два фактора позволили создать электронные пушки с высокой яркостью и малым диаметром луча.

Однако при такой конструкции пушки требуется достаточно высокая степень вакуума (не хуже 10^-6 Торр). Кроме того, пушка не обладает стабильной работоспособностью.

Цель предлагаемого технического решения повышение работоспособности в техническом вакууме.

Цель достигается благодаря тому, что в катодно-модуляторном узле, в котором катод выполнен в виде острия из вольфрама, гексаборида лантана или любого другого материала, используемого в эффективных эмиттерах, соосно с катодом располагается модулятор с отверстием, согласно изобретению, кромки модулятора полностью или частично выполнены в виде острийного или лезвийного автокатода из пирографита, служащего для нагрева эмиттирующей части катода электронной бомбардировкой. Кромки модулятора из пирографита являются самовосстанавливающимся многоострийным автокатодом.

Работоспособность электронной пушки предлагаемого типа была проверена на конструкции, схематически представленной на чертеже.

Термокатод 1 электронной пушки представляет собой стержень из вольфрамовой проволоки диаметром 50 мкм с острием на эмиттирующем конце радиусом кривизны менее 5 мкм, полученным электрохимическим перетравливанием проволоки. Противоположный конец катода закреплен через теплоизолирующую прокладку из пирографита в держателе 2. Катод установлен соосно с отверстием модулятора 3. В торце канала модулятора закреплена пластина 4 пирографита толщиной 50-100 мкм с отверстием диаметром 200 мкм, торец которого служит лезвийным (многоострийным) автоэлектронным эмиттером в режиме нагрева острия.

Известна устойчивая работоспособность автоэмиттеров этого типа в условиях технического вакуума. Отверстие в пластине-автоэмиттере выполнено соосно с каналом модулятора.

Высота установки острия катода относительно верхнего края пирографитовой пластины 4 составляет 0,5 толщины пластины.

Проверка работоспособности узла осуществлялась в импульсном режиме. При подаче между катодом и модулятором импульса разогрева катода полярностью "+" на катод, "-" на модулятор, амплитудой до 1,5 кВ в промежутке катод-модулятор протекал устойчивый автоэлектронный ток. При этом эмиттирующая часть катода нагревалась до температуры порядка 2700 К, а средняя мощность, затрачиваемая на нагрев катода, не превышала 0,1 Вт. Традиционные флуктуации автоэлектронного тока не влияли на уровень температуры катода из-за его тепловой инерционности. При отборе тока с катода высокотемпературный импульс нагрева отключался и подавался импульс напряжения, полярность и амплитуда которого определялись условиями оптимальной фокусировки луча в область кроссовера пушки. Соотношение длительностей импульсов разогрева и токоотбора определяет максимальный ток луча. Он составлял величину порядка 10^-6 10^-7 А при минимальном диаметре в кроссовере. Влияние микрорельефа кромок модулятора при включении рабочего импульса на форму электронного потока несущественно, так как размеры неоднородностей кромки много меньше диаметра отверстия.